Latentwärmespeicher für elektrischen Energiespeicher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher, ein

Temperiersystem, ein Energiespeichersystem sowie deren Verwendung.

Stand der Technik

Lithium-Ionen-Zellen sowie darauf basierende Batteriemodule und Batteriepacks werden innerhalb eines definierten, für den Betrieb beziehungsweise die Lagerung, optimalen Temperaturbereiches betreiben und gelagert. Insbesondere bei hoher Leistungsaufnahme beziehungsweise hoher Leistungsabgabe können sich derartige Zellen jedoch aufheizen, was zu einer Verringerung von deren Lebensdauer führen kann.

Herkömmlicherweise werden zur Kühlung von derartigen Zellen, Modulen und Packs Kühlmedien, wie Luft, Wasser/Glykol-Gemenge oder sonstige Kältemittel, eingesetzt, welche Wärme aufnehmen und abführen können.

Beim Einsatz von wässrigen Kühlmedien beziehungsweise Kältemittel wird üblicherweise eine Bodenplatte durchströmt, die thermisch - beispielsweise über Bleche - gut mit den Zellen verbunden ist.

Beim Einsatz von Luft wird diese in der Regel zwischen den Zellen hindurch geführt, was jedoch mit einem hohen technischen Aufwand, beispielsweise im Hinblick auf ein Aufbereitung der Kühlluft (Entfeuchtung, Filterung, et cetera) und im Hinblick auf die Strömungsführung durch das Gehäuse zu den Zellen, einhergehen kann.

Weitere Probleme bei derartigen Aktivkühlungen können zum einen die Trägheit der Kühlsystemregelung sowie zum anderen eine durch den Betrieb der Kühlung, beispielsweise von Pumpen, Kompressoren oder Lüftern, verursachte

Batterieentladung sein. Dies kann insbesondere im Fall eines Stillstandes oder einer Abschaltung eines damit ausgestatteten Fahrzeuges auftreten.

Aus der Gebäudetechnik sind Phasenwechselmaterialien (PCM; Englisch:

„Phase Change Materials") bekannt, die sich bei Erwärmung verflüssigen und so Energie aufnehmen. Dabei kann es sich beispielsweise um mit Graphit gefüllte Wachse handeln, die elektrisch leitfähig und brennbar sein können.

Die Druckschriften WO 01/65626 A2, DE 10 2007 050 812 AI, DE 10 2010 055 600 AI und DE 10 2011 002 549 beschreiben Latentwärmespeicher für Lithium- Ionen-Batterien.

Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Latentwärmespeicher für einen elektrischen Energiespeicher, welcher mindestens ein Phasenwechselmaterial, insbesondere mit einem Phasenübergang innerhalb des

Einsatztemperaturbereiches des elektrischen Energiespeichers, umfasst.

Unter einem elektrischen Energiespeicher kann insbesondere eine elektrochemische (Batterie-)Zelle und/oder ein Batteriemodul aus zwei oder mehr elektrochemischen (Batterie-)Zellen und/oder ein Batteriepack aus zwei oder mehr Batteriemodulen verstanden werden. Zum Beispiel kann der elektrische Energiespeicher eine Lithium-(Batterie-)Zelle, ein Lithium-Batteriemodul oder ein Lithium-Batteriepack, beispielsweise eine Lithium-lonen-(Batterie-)Zelle, ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack, sein. Unter dem Einsatztemperaturbereich des elektrischen Energiespeichers kann insbesondere ein definierter, für den Betrieb und/oder die Lagerung des elektrischen Energiespeichers optimaler Temperaturbereich verstanden werden.

Im Fall von Lithium-Zellen, -Batteriemodulen und -Batteriepacks, kann der (optimale) Einsatztemperaturbereich des elektrischen Energiespeichers beispielsweise in einem Bereich von > 25 °C bis < 50 °C, insbesondere > 25 °C bis < 40 °C liegen. Zum Beispiel kann der (optimale) Einsatztemperaturbereich des elektrischen Energiespeichers dabei in einem Bereich von > 30 °C oder > 35 °C bis < 40 °C oder < 45 °C, liegen.

Unter einem Phasenwechselmaterial, welches auch als

Phasenübergangsmaterial beziehungsweise PCM (Englisch: Phase Change Material) bezeichnet werden kann, kann insbesondere ein Stoff verstanden werden, dessen latente Schmelzwärme und/oder Absorptionswärme wesentlich größer ist als die Wärmemenge, die sie aufgrund ihrer materialseitigen spezifischen Wärmekapazität (rein ohne den Phasenumwandlungseffekt) aufnehmen können. Zum Beispiel kann ein Phasenwechselmaterial ein Stoff sein, welcher bei Umgebungstemperatur, zum Beispiel Raumtemperatur, fest ist und innerhalb der (optimalen) Einsatztemperaturen des Energiespeichers einen, insbesondere fest-flüssig, Phasenübergang aufweist und beispielsweise bei Erwärmung über den Schmelzpunkt des Stoffes schmelzen und so Energie aufnehmen und speichern kann, welche durch Erstarren/Verfestigen des Stoffes wieder frei gesetzt werden kann.

Dieser Phasenübergang des Phasenwechselmaterials ermöglicht es

vorteilhafterweise einen Temperaturanstieg in dem elektrischen Energiespeicher zu puffern und dabei Wärmeenergie zu speichern.

Im Fall einer Temperaturerhöhung des elektrischen Energiespeichers, zum Beispiel einer Batteriezelle, über den Phasenübergangspunkt des

Phasenwechselmaterials, kann das Phasenwechselmaterial beispielsweise Wärme aufnehmen. Beispielsweise kann das Phasenwechselmaterial bei einer Temperaturerhöhung des elektrischen Energiespeichers über den Schmelzpunkt des Phasenwechselmaterials schmelzen und bei einer Temperaturabsenkung wieder erstarren, wobei während des Schmelzvorgangs beziehungsweise Erstarrungsvorgangs die Temperatur gleich bleibt.

Das Phasenwechselmaterial kann dabei vorteilhafterweise als Wärmespeicher beziehungsweise Wärmepuffer dienen.

Zum Beispiel kann das Phasenwechselmaterial im Fall eines Ausfalls, einer Deaktivierung oder einer Abwesenheit einer aktiv temperierenden

Temperiereinrichtung beziehungsweise Kühleinrichtung, zum Beispiel einer Kühlplatte, als Speicher dienen.

Im Fall einer funktionstüchtigen, aktiv temperierenden Temperiereinrichtung beziehungsweise Kühleinrichtung, zum Beispiel einer Kühlplatte, kann das Phasenwechselmaterial sowohl bei einer Erwärmung als auch bei einer, beispielsweise schnellen, Abkühlung, wie sie zum Beispiel beim Einsatz von Kältemittel auftreten kann, als Puffer, dienen. So kann vorteilhafterweise durch das Phasenwechselmaterial die Trägheit einer aktiv temperierenden

Temperiereinrichtung beispielsweise Kühleinrichtung gepuffert werden.

Durch die Speicherung beziehungsweise Pufferung der Wärme in dem

Phasenwechselmaterial kann insbesondere vorteilhafterweise Wärme abgeführt und ein Aufheizen des Energiespeichers über dessen (optimalen)

Betriebstemperaturbereich beziehungsweise Lagerungstemperaturbereich vermieden und insbesondere die Temperaturverteilung innerhalb des

Energiespeichers homogenisiert werden. So kann wiederum vorteilhafterweise die Sicherheit, Performance und Lebensdauer des elektrischen

Energiespeichers, beispielsweise einer Lithium-Ionen-Zelle, eines Lithium-Ionen- Batteriemoduls und/oder Lithium-Ionen-Batteriepacks, insbesondere bei hoher Leistungsaufnahme beziehungsweise Leistungsabgabe, verbessert werden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen, eine Pumpe, einen Kompressor oder einen Lüfter umfassenden Temperiersystemen/Kühlsystemen, deren Betrieb beispielsweise bei Stillstand eines damit ausgestatteten Fahrzeugs zu einem Entladen der Batterie beziehungsweise des Energiespeichers führen könnte, benötigt das Phasenwechselmaterial vorteilhafterweise hierfür keine elektrische Energie.

Der Phasenübergang des mindestens einen Phasenwechselmaterials kann insbesondere in einem Bereich von > 15 °C bis < 55 °C, beispielsweise von

> 20 °C bis < 50 °C, zum Beispiel von > 30 °C oder > 35 °C bis < 40 °C oder < 45 °C, liegen.

Als Phasenwechselmaterialien mit einem Phasenübergang in einem derartigen Bereich haben sich insbesondere so genannte höhere Alkane mit einer

Kohlenstoffkettenlänge von > 16 Kohlenstoffatomen bis < 24 Kohlenstoffatomen und Mischungen davon als vorteilhaft erwiesen. Diese weisen vorteilhafterweise nicht nur für die Performance des elektrischen Energiespeichers vorteilhafte Phasenübergangstemperaturen auf, sondern sind zudem vorteilhafterweise nicht elektrisch leitfähig beziehungsweise elektrisch isolierend. So können durch das

Phasenwechselmaterial vorteilhafterweise Kurzschlüsse des elektrischen Energiespeichers vermieden und damit auch die Sicherheit und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers weiter gesteigert werden. Im Rahmen einer Ausführungsform ist daher das mindestens eine

Phasenwechselmaterial, ausgewählt aus der Gruppe der Alkane mit einer Kohlenstoffkettenlänge von > 16 Kohlenstoffatomen bis < 24 Kohlenstoffatomen und Mischungen davon. Dabei kann das mindestens eine

Phasenwechselmaterial sowohl ein derartiges Alkan als Reinstoff als auch eine Mischung derartiger Alkane sein.

Beispielsweise kann das mindestens eine Phasenwechselmaterial ausgewählt sein aus der Gruppe der Alkane mit einer Kohlenstoffkettenlänge von

> 17 Kohlenstoffatomen und Mischungen davon.

Als besonders vorteilhaft haben sich Alkane mit einer Kohlenstoffkettenlänge von

> 18 Kohlenstoffatomen (Octadecan) oder > 19 Kohlenstoffatomen (Nonadecan) erwiesen. Diese weisen vorteilhafterweise nicht nur geeignete

Phasenübergangstemperaturen sowie elektrisch isolierende Eigenschaften, sondern zusätzlich hohe Flammpunkte auf, insbesondere welche weit oberhalb des Einsatztemperaturbereiches von Lithium-Zellen, -Batteriemodulen und - Batteriepacks, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, -Batteriemodulen und - Batteriepacks, liegen. So kann durch derartige Phasenwechselmaterialien vorteilhafterweise die Sicherheit und Lebensdauer des elektrischen

Energiespeichers, zusätzlich zu einer Vermeidung von Kurzschlüssen, durch eine Vermeidung von Flammbildung und damit Bränden weiter gesteigert werden.

Gegebenenfalls kann das mindestens eine Phasenwechselmaterial ausgewählt sein aus der Gruppe der Alkane mit einer Kohlenstoffkettenlänge von

< 23 Kohlenstoffatomen.

Insbesondere kann das mindestens eine Phasenwechselmaterial ausgewählt sein aus der Gruppe der Alkane mit einer Kohlenstoffkettenlänge von

> 20 Kohlenstoffatomen bis < 22 Kohlenstoffatomen und Mischungen davon. Alkane mit einer Kohlenstoffkettenlänge von > 20 Kohlenstoffatomen bis

< 22 Kohlenstoffatomen, wie Eicosan, Henicosan und Docosan, haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie nicht nur für die Performance des elektrischen Energiespeichers vorteilhafte Phasenübergangstemperaturen sowie vorteilhafte elektrisch isolierende Eigenschaften, sondern zudem besonders hohe Flammpunkte aufweisen und damit auch die Sicherheit und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers - sowohl durch eine Vermeidung von

Kurzschlüssen als auch durch eine effektive Vermeidung von Flammbildung und damit Bränden - deutlich verbessern.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist daher das mindestens eine Phasenwechselmaterial, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eicosan, Henicosan, Docosan und Mischungen davon. Das mindestens eine

Phasenwechselmaterial kann dabei sowohl Eicosan, Henicosan oder Docosan als Reinstoff oder eine Mischung daraus sein. Eicosan, Henicosan und Docosan weisen für den Einsatz in Batterien besonders vorteilhafte Schmelzpunkte - und damit fest-flüssig Phasenübergangstemperaturen - elektrisch isolierende

Eigenschaften und Flammpunkte auf. Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist das mindestens eine Phasenwechselmaterial mit mindestens einem wärmeleitenden, elektrisch isolierenden, anorganischen Füllstoff gemischt.

Als wärmeleitend kann insbesondere ein Stoff mit einer spezifischen

Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1 Wm^K ^'1 , insbesondere von mehr als 10 Wm ^{" 1} K ^'1 , vorzugsweise von mehr als 100 Wm^K ^'1 , verstanden werden.

Als elektrisch isolierend kann insbesondere ein Stoff mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 10 ⁶ Ωτη, insbesondere von mehr als 10 ⁸ Ωτη, verstanden werden.

Ein Gemisch aus Phasenmaterial und wärmeleitendem, elektrisch isolierendem, anorganischem Füllstoff hat sich zur Optimierung der Sicherheit, Performance und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers ebenfalls als besonders vorteilhaft herausgestellt. Ein Gemisch mit wärmeleitenden, elektrisch

isolierenden, anorganischen Füllstoffen ermöglicht nämlich zum einen den Wärmetransport zwischen elektrischem Energiespeicher und

Phasenwechselmaterial zu verbessern und dadurch ein Überhitzen

beziehungsweise Unterkühlen des elektrischen Energiespeichers zu vermeiden und dadurch die Sicherheit, Performance und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers zu optimieren. Zum anderen können durch wärmeleitende, elektrisch isolierende, anorganische Füllstoffe Kurzschlüsse vermieden und dadurch die Sicherheit und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers weiter erhöht werden. Darüber hinaus sind wärmeleitende, elektrisch isolierende, anorganische Füllstoffe in der Regel schwer entflammbar, wodurch

Flammbildung und Brände weiter vermieden und die Sicherheit und des

Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers weiter erhöht werden kann.

Der mindestens eine wärmeleitende, elektrisch isolierende, anorganische Füllstoff kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Nitride und Oxide, insbesondere Nitride, beispielsweise von Bor, Aluminium, Silicium und Titan, insbesondere Bor und Aluminium, und Mischungen davon. Diese Füllstoffe haben sich im Gemisch mit Phasenwechselmaterialien als besonders vorteilhaft erwiesen. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine

wärmeleitende, elektrisch isolierende, anorganische Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bornitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Titanoxid, Siliciumoxid und Mischungen davon. Bornitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Titanoxid, Siliciumoxid weisen vorteilhafterweise geeignete spezifische Wärmeleitfähigkeiten auf. Aluminiumoxid, Titanoxid und/oder Siliciumoxid können dabei vorteilhafterweise als besonders

kostengünstige Materialien eingesetzt werden.

Insbesondere kann der mindestens eine wärmeleitende, elektrisch isolierende, anorganische Füllstoff ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Bornitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und Mischungen davon. Bornitrid,

Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, weisen vorteilhafterweise hohe spezifische Wärmeleitfähigkeiten auf. Aluminiumoxid kann dabei zudem besonders kostengünstig eingesetzt werden. Beispielsweise kann daher der mindestens eine wärmeleitende, elektrisch isolierende, anorganische Füllstoff Aluminiumoxid umfassen oder sein.

Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine wärmeleitende, elektrisch isolierende, anorganische Füllstoff jedoch auch Bornitrid, insbesondere kubisches Bornitrid, umfassen oder sein. Bornitrid zeichnet sich

vorteilhafterweise durch eine besonders hohe spezifische Wärmeleitfähigkeit aus.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Latentwärmespeicher in einem Folienbeutel verpackt. So kann vorteilhafterweise ein Auslaufen verhindert werden.

Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst der

Folienbeutel mindestens ein Polymer, ausgewählt aus der Gruppe der

Polyolefine, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, der Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, der Polyamide und Mischungen davon. Gegebenenfalls kann der Folienbeutel aus dem mindestens einen Polymer, ausgewählt aus der Gruppe der Polyolefine, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, der Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, der

Polyamide und Mischungen davon, ausgebildet sein.

Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform weist der Folienbeutel jedoch mindestens eine Metallfolienlage, beispielsweise

Aluminiumfolienlage, auf. So kann vorteilhafterweise eine verbesserte

Wärmeleitung durch den Folienbeutel erzielt werden.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Latentwärmespeicher in Form eines Vergusses, insbesondere von (freien) Zwischenräumen in dem Energiespeicher, ausgebildet. Zum Beispiel können zwei oder mehr

elektrochemische (Batterie-)Zellen, insbesondere eines Batteriemoduls, mit dem Latentwärmespeicher vergossen sein. Dies hat sich insbesondere bei hochschmelzenden Phasenwechselmaterialien, wie Eicosan, Henicosan und Docosan, als vorteilhaft erwiesen.

Ein weiterer Gegenstand ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers beziehungsweise eines Temperiersystems für einen elektrischen Energiespeicher, in dem Zwischenräume in dem

Energiespeicher mit dem Latentwärmespeicher vergossen werden.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im

Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Temperiersystem, dem

erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystem, der

erfindungsgemäßen Verwendung sowie auf die Figuren und die

Figurenbeschreibung verwiesen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Temperiersystem für einen elektrischer Energiespeicher, welches mindestens einen

erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher umfasst. Grundsätzlich kann das Temperiersystem ein passiv temperierendes

Temperiersystem beziehungsweise passiv kühlendes Kühlsystem sein. Wie bereits erläutert, kann der erfindungsgemäße Latentwärmespeicher

vorteilhafterweise auch bei Abwesenheit eines aktiv temperierenden

Temperiersystems beziehungsweise aktiv kühlenden Kühlsystems Wärme aufnehmen, speichern und wieder abgeben und auf diese Weise die Temperatur des elektrischen Energiespeichers puffern beziehungsweise regulieren. Dies hat den Vorteil, dass zur Temperierung keine beziehungsweise kaum elektrische Energie benötigt wird.

Das Temperiersystem kann jedoch insbesondere auch eine aktiv temperierende Temperiereinrichtung beziehungsweise aktiv kühlende Kühleinrichtung, zum Beispiel eine Temperierplatte/Kühlplatte, umfassen. Dabei kann der

erfindungsgemäße Latentwärmespeicher insbesondere in die

Temperiereinrichtung, zum Beispiel eine Temperierplatte/Kühlplatte, integriert sein.

Die Temperiereinrichtung, zum Beispiel Temperierplatte/Kühlplatte, kann insbesondere mindestens eine Temperiermittelleitung, beispielsweise

Kühlmittelleitung, zum Beispiel einen Temperiermittelkanal/Kühlmittelkanal, umfassen. Die Temperiermittelleitung, zum Beispiel der Temperiermittelkanal, kann dabei insbesondere mäandrierend beziehungsweise schleifenförmig ausgestaltet sein. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist innerhalb mindestens einer

Schleife einer Temperiermittelleitung, beispielsweise eines

Temperiermittelkanal/Kühlmittelkanals, und/oder zwischen mindestens zwei Temperiermittelleitungsabschnitten, beispielsweise

Temperiermittelkanalabschnitten/Kühlmittelkanalabschnitt en, ein

erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher integriert. So kann vorteilhafterweise, beispielsweise im Fall einer schnellen Abkühlung oder Erhitzung

beziehungsweise einer Überhitzung, die Temperatur gepuffert werden.

Gegebenenfalls kann dies durch einen oder mehrere in Folienbeuteln verpackte Latentwärmespeicher realisiert werden. Die mindestens eine Temperiermittelleitung der Temperiereinrichtung kann jedoch insbesondere auch teilweise oder, insbesondere im Wesentlichen, vollständig von Latentwärmespeicher umschlossen beziehungsweise umgeben sein. Dies kann vorteilhafterweise dadurch realisiert werden, dass die

Temperiermittelleitung mit dem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher vergossen, insbesondere umgössen, ist.

Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist auf der von dem elektrischen Energiespeicher abgewandten Seite der Temperierplatte ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher angeordnet beziehungsweise ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Anforderungen im Hinblick auf die elektrische Isolationsfähigkeit beziehungsweise elektrische Leitfähigkeit an die Materialien des Latentwärmespeichers reduziert werden können und

gegebenenfalls sogar elektrisch leitfähige Materialien eingesetzt werden können.

Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist auf der dem elektrischen Energiespeicher zugewandten Seite der

Temperierplatte ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher angeordnet beziehungsweise ausgebildet. So kann vorteilhafterweise ein direkter Kontakt mit zu kühlenden Teilen sowie ein thermisches Interface zur

Temperierplatte/Kühlplatte, realisiert werden.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Temperiersystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher, dem erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystem, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisches

Energiespeichersystem, welches mindestens einen elektrischen Energiespeicher sowie mindestens einen erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher und/oder ein erfindungsgemäßes Temperiersystem umfasst. Der mindestens eine elektrische Energiespeicher kann beispielsweise

mindestens eine elektrochemische (Batterie-)Zelle und/oder mindestens ein Batteriemodul aus zwei oder mehr elektrochemischen (Batterie-)Zellen und/oder mindestens ein Batteriepack aus zwei oder mehr Batteriemodulen umfassen oder sein. Zum Beispiel kann der mindestens eine elektrische Energiespeicher eine Lithium-Zelle, ein Lithium-Batteriemodul oder ein Lithium-Batteriepack, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Zelle, ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack, umfassen oder sein.

Insbesondere können in dem elektrischen Energiespeichersystem vorhandene Zwischenräume beziehungsweise Hohlräume mit einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher Stoff gefüllt sein.

Beispielsweise kann das elektrische Energiespeichersystem ein Batteriemodul aus zwei oder mehr elektrochemischen Zellen umfassen oder sein, wobei zwischen den elektrochemischen Zellen, insbesondere jeweils ein

erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher angeordnet ist. Zusätzlich kann dabei die Zellen-Anordnung, insbesondere an einander gegenüberliegenden Seiten, beispielsweise an zwei oder vier Seitenflächen und/oder an der Bodenseite und Deckseite der Zellen-Anordnung, an erfindungsgemäßen Latentwärmespeichern anliegen. Dies kann vorteilhafterweise besonders einfach durch in Folienbeutel verpackte Latentwärmespeicher realisiert werden. Dies bietet eine vorteilhafte Möglichkeit zur Homogenisierung der Temperaturverteilung in dem elektrischen Energiespeichersystem.

Das elektrische Energiespeichersystem kann jedoch ebenso ein Batteriemodul aus zwei oder mehr elektrochemischen Zellen umfassen oder sein, bei dem die elektrochemischen Zellen mit beziehungsweise in einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher vergossen sind. So kann die Temperaturverteilung in dem elektrischen Energiespeichersystem vorteilhafterweise ebenfalls homogenisiert werden.

Im Rahmen einer weiteren, zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform umfasst das Energiespeichersystem mindestens zwei Batteriemodule, insbesondere welche jeweils zwei oder mehr elektrochemischen Zellen umfassen, wobei zwischen zumindest zwei Batteriemodulen ein

erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher angeordnet beziehungsweise ausgebildet ist. So kann die Temperaturverteilung in dem elektrischen

Energiespeichersystem vorteilhafterweise auch zwischen den Batteriemodulen homogenisiert werden. Der Latentwärmespeicher kann dabei sowohl ein in Folienbeutel verpackter Latentwärmespeicher als auch gegebenenfalls ein Latentwärmespeicher in Form eines Vergusses, insbesondere in

Zwischenräumen zwischen den Batteriemodulen, ausgebildet sein.

Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst das Temperiersystem eine Temperierplatte beziehungsweise Kühlplatte, insbesondere mit mindestens einer Temperiermittelleitung, wobei zwischen dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher und der Temperierplatte ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher angeordnet ist. So kann

vorteilhafterweise Wärme besonders effektiv von dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher abgeführt und wieder zugeführt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher auf der von dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher abgewandten Seite der Temperierplatte beziehungsweise Kühlplatte angeordnet sein. Dies kann beispielsweise im Hinblick auf die an die Materialien des Latentwärmespeichers gestellten elektrischen Isolationsanforderungen vorteilhaft sein.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher, dem erfindungsgemäßen Temperiersystem, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines

erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers und/oder eines erfindungsgemäßen Temperiersystems zur Temperierung mindestens eines elektrischen

Energiespeichers, insbesondere einer Lithium-Zelle, eines Lithium- Batteriemoduls oder eines Lithium-Batteriepacks, insbesondere einer Lithium- Ionen-Zelle, eines Lithium-Ionen-Batteriemoduls oder eines Lithium-Ionen- Batteriepacks.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher, dem erfindungsgemäßen Temperiersystem, dem erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystem sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrischen Energiespeichersystems mit einer mit einem Latentwärmespeicher gefüllten Temperierplatte;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems mit einem in einem Folienbeutel verpackten Latentwärmespeicher;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrischen Energiespeichersystems mit einem zwischen Batteriemodulen angeordneten, auf einem

Latentwärmespeicher basierenden Temperiersystem;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrischen Energiespeichersystems mit einem zwischen einem Batteriemodul und einer Temperierplatte angeordneten Latentwärmespeicher;

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrischen Energiespeichersystems mit Batteriemodul und einer auf der vom Batteriemodul abgewandten Seite mit einem Latentwärmespeicher ausgestatteten Temperierplatte; und Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrischen Energiespeichersystems in Form eines Batteriemoduls, dessen Zellen mit einem Latentwärmespeicher vergossen sind.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen von mit Latentwärmespeichern 10 ausgestatteten Temperiersystemen 20 für elektrische Energiespeicher 30.

Die Latentwärmespeicher 10 umfassen mindestens ein Phasenwechselmaterial 10a mit einem Phasenübergang innerhalb des Einsatztemperaturbereiches des Energiespeichers 30. Erhöht sich die Temperatur des Energiespeichers 31,32, beispielsweise von Batteriezellen 31, über den Schmelzpunkt des

Phasenwechselmaterials 10a, schmilzt dieses 10a und nimmt dabei Wärme auf. Während des Schmelz- beziehungsweise Erstarrungsvorgangs bleibt dabei die Temperatur gleich. Dies ist insbesondere bei hohen Leistungsaufnahmen beziehungsweise -abgaben vorteilhaft, bei welchen durch eine Abführung von Wärme ein Aufheizen des Energiespeichers 31,32, beispielsweise der Zelle 31, über die optimale Betriebstemperatur vermieden und dadurch die Lebensdauer erhöht werden kann.

Im Fall von Lithium-Zellen, -Batteriemodulen und -Batteriepacks kann der Einsatztemperaturbereich des elektrischen Energiespeichers beispielsweise in einem Bereich von > 25 °C bis < 50 °C, liegen. Dabei kann der Phasenübergang des mindestens einen Phasenwechselmaterials kann beispielsweise in einem Bereich von > 15 °C bis < 55 °C, insbesondere von > 20 °C bis < 50 °C, liegen. Als Phasenwechselmaterialien mit einem Phasenübergang in einem derartigen Bereich haben sich insbesondere so genannte höhere Alkane mit einer

Kohlenstoffkettenlänge von > 16 Kohlenstoffatomen bis < 24 Kohlenstoffatomen und Mischungen davon als vorteilhaft erwiesen. Tabelle 1 : Physikalischer Daten höherer Alkane mit 16-24 Kohlenstoff atomen

Tabelle 1 veranschaulicht, dass Alkane mit einer Kohlenstoffkettenlänge von 16- 24 Kohlenstoffatomen fest-flüssig Phasenübergangstemperaturen aufweisen, welche eine Temperierung in einem geeigneten Temperaturbereich und damit eine Verbesserung der Performance von Lithium-Zellen-Systemen ermöglichen. Zudem weisen diese Alkane - verglichen mit kürzerkettigeren Alkanen, zum

Beispiel Nonan mit einem Flammpunkt von 31 C - hohe Flammpunkte auf, insbesondere welche weit oberhalb des Einsatztemperaturbereiches von Lithium- Zellen-Systemen liegen und es vorteilhafterweise ermöglichen, die Sicherheit und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers durch eine Vermeidung von Flammbildung und damit Bränden zu steigern. Vorteilhafterweise sind Alkane zudem nicht elektrisch leitend, so dass die Sicherheit und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers zudem durch eine Vermeidung von Kurzschlüssen verbessert werden kann.

Tabelle 1 deutet weiterhin an, dass Alkane mit einer Kohlenstoffkettenlänge von 20-22 Kohlenstoffatomen (Eicosan, Henicosan, Docosan) zusätzlich zu geeigneten Phasenübergangstemperaturen sowie elektrisch isolierenden

Eigenschaften, besonders hohe Flammpunkte aufweisen.

Zusätzlich kann dem mindestens einen Phasenwechselmaterial 10a mindestens ein wärmeleitender, elektrisch isolierender, anorganischer Füllstoff (siehe 10b in Figur 2) zugesetzt sein. So kann vorteilhafterweise die Sicherheit, Performance und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers 30 weiter gesteigert werden. Beispielsweise kann das mindestens eine Phasenwechselmaterial 10a mit Bornitrid, Titanoxid, Siliciumoxid und/oder Aluminiumoxid (siehe 10b in Figur 2) gefüllt sein.

Figur 1 zeigt ein elektrisches Energiespeichersystem 30, welches ein

Batteriemodul 32 aus mehreren elektrochemischen Zellen 31 sowie ein

Latentwärmespeicher 10 enthaltendes Temperiersystem 20 umfasst. Das Temperiersystem 20 basiert dabei auf einer Temperierplatte 21, beispielsweise Kühlplatte, mit einer Temperiermittelleitung 22, beispielsweise Kühlkanälen. Figur 1 deutet an, dass der Latentwärmespeicher 10 in die Temperierplatte 21, beispielsweise zwischen den Temperiermittelleitungen/Kühlkanälen 22, integriert sein kann. Figur 1 veranschaulicht, dass dabei der Latentwärmespeicher 10 auf der Basis eines höheren Alkans 10a zwischen benachbarten

Temperiermittelleitungsabschnitten 22 sowie innerhalb von

Temperiermittelleitungsschleifen vorgesehen sein kann. Figur 1 zeigt, dass dabei der Latentwärmespeicher 10 die Temperiermittelleitung/Kühlkanälen 22 vollständig umschlossen ist.

Figur 2 zeigt, dass der Latentwärmespeicher 10 in einem Folienbeutel 10c verpackt sein kann. Der Folienbeutel 10c kann dabei beispielsweise aus

Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat oder Polyamid

beziehungsweise einer Kombination davon ausgebildet sein. Zudem kann der Folienbeutel 10c auch mit einer Aluminiumfolienlage (nicht dargestellt) ausgestattet sein.

Figur 3 zeigt, dass auch Freiräume beziehungsweise Hohlräume zwischen Batteriemodulen 32 eines elektrischen Energiespeichersystems 30 mit dem Latentwärmespeicher 10 gefüllt sein können.

Figur 4 zeigt, dass das Temperiersystem 20 in Form einer, einen

Latentwärmespeicher 10 enthaltenden Temperierplatte 21 mit einer

Temperiermittelleitung 22 ausgestaltet sein kann, welche zusätzlich auch auf der dem elektrischen Energiespeicher 31,32 zugewandten Seite - also zwischen der Temperierplatte/Kühlplatte 21 und einem Batteriemodul 32 beziehungsweise zwischen der Temperierplatte/Kühlplatte 21 und Zellen 31 - einen

Latentwärmespeicher 10 aufweist.

Figur 5 zeigt, dass das Temperiersystem 20 auch in Form einer, einen

Latentwärmespeicher 10 enthaltenden Temperierplatte 21 mit einer

Temperiermittelleitung 22 ausgestaltet sein kann, welche zusätzlich auch auf der von dem elektrischen Energiespeicher 31,32 abgewandten Seite - also beispielsweise unter der Temperierplatte/Kühlplatte 21 - einen

Latentwärmespeicher 10 aufweist.

Figur 6 zeigt ein elektrisches Energiespeichersystem 30 in Form eines

Batteriemoduls 32 aus mehreren elektrochemischen Zellen 31, wobei Freiräume beziehungsweise Hohlräume zwischen den Zellen 31 mit einem Latentwärmespeicher 10 gefüllt sind. Der Latentwärmespeicher 10 kann dabei insbesondere in Form eines Vergusses, insbesondere von freien

Zwischenräumen in dem Energiespeicher 30, ausgebildet sein.