Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Energiespeichereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Energiespeichereinrichtung und eine Kühlplattenanordnung.

Eine Energiespeichereinrichtung weist typischerweise mehrere Zellen zur Speicherung elektrischer Energie auf, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Derartige Zellen können beispielsweise langgestreckt ausgeführt sein und ermöglichen die Nutzung von Bauräumen, welche für großvolumige Energiespeicher mit vorgegebenen Außenmaßen nicht zugänglich sind.

Energiespeichereinrichtungen mit derartigen Zellen können beispielsweise durch Kühlplatten gekühlt werden. Diese können zwischen den Zellen verlaufen und diese kontaktieren, wodurch Wärme abgeführt werden kann. Sie können jedoch auch die Resistenz gegenüber Fehlfunktionen verringern.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, eine Energiespeichereinrichtung vorzuschlagen, welche bei Fehlfunktionen wie beispielsweise Kurzschlüssen einzelner Zellen deren Auswirkungen besser begrenzen kann. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.

Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Energiespeichereinrichtung, umfassend (i) mehrere Zellen zur Speicherung elektrischer Energie, und (ii) mehrere Kühlplatten, die zwischen den Zellen angeordnet sind, wobei eine oder mehrere Kühlplatten jeweils eine Kühlseite und eine Isolationsseite aufweisen und mit der Kühlseite und/oder der Isolationsseite eine oder einige der Zellen kontaktieren, wobei die Kühlseiten eine höhere Wärmeleitfähigkeit haben als die Isolationsseiten. Hierdurch wird erreicht, dass die Kühlplatten zwar nach wie vor ihre Kühlfunktion gegenüber den Zellen ausüben können, dass diese jedoch aufgrund ihrer Isolationsseiten eine Wärmeausbreitung zwischen den Zellen verringern oder unterbinden können. Sollte also beispielsweise eine der Zellen niederohmig werden bzw. kurzgeschlossen sein, was typischerweise zu einer starken Erwärmung führen kann (auch als „Thermal Runaway“ bezeichnet), so wird verhindert, dass andere über die Kühlplatte kontaktierte Zellen ebenfalls erwärmt werden.

Insbesondere kann jede der verwendeten Kühlplatten eine Kühlseite und eine gegenüberliegende Isolationsseite aufweisen. Dies kann auch für einige der Kühlplatten gelten. Eine Kühlseite ist typischerweise dafür ausgelegt, einen guten thermischen Kontakt zu angrenzenden Zellen sicherzustellen. Eine Isolationsseite ist typischerweise thermisch isoliert und sorgt für einen schlechteren thermischen Kontakt. Typischerweise kontaktieren die Kühlplatten die Zellen mit keiner anderen Seite als den Kühlseiten und den Isolationsseiten.

Eine Kühlplatte kann insbesondere ein flaches Element sein, welches jedoch nicht eben sein muss, sondern insbesondere gewellt sein kann. Eine Kühlplatte dient typischerweise zum Abführen thermischer Energie. Dafür kann eine thermische Leitfähigkeit der Kühlplatte selbst genutzt werden, und es können beispielsweise Kanäle zum Durchführen eines kühlenden Fluids in der Kühlplatte ausgebildet sein. Dadurch ist beispielsweise eine Anbindung an ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs möglich. Ein Kontaktieren der Zellen ist hier insbesondere im Sinne eines mechanischen Kontaktierens gemeint, also insbesondere unabhängig von einem elektrischen Kontaktieren. Das Kontaktieren zwischen einer Kühlplatte und einer Zelle kann sich insbesondere über eine gewisse Fläche erstrecken.

Eine Anordnung der Kühlplatten zwischen den Zellen kann insbesondere bedeuten, dass Kühlplatten in einem bestimmten Einbauraum von Zellen umgeben sind. Dies schließt nicht aus, dass Zellen und Kühlplatten auch randseitig angeordnet sein können. Die Kontaktierung der Zellen durch die Kühlplatten führt insbesondere dazu, dass Kühlplatten und Zellen dicht gepackt sein können. Zellen, die von einer Kühlplatte kontaktiert werden, können insbesondere unmittelbar an die Kühlplatte angrenzen.

Eine Isolationsseite kann insbesondere spezifisch zur Unterbindung oder Verringerung einer Wärmepropagation über die Isolationsseite, also insbesondere zwischen der Kühlplatte und einem angrenzenden Element ausgeführt sein. Hierfür können Maßnahmen wie der Verwendung eines thermisch isolierenden Materials, beispielsweise einer thermisch isolierenden Schicht, und/oder einer Verwendung einer Folie oder sonstigen Schicht zum Herstellen eines Abstands vorgesehen sein. Eine Isolation ist hierin insbesondere als thermische Isolation zu verstehen.

Eine Kühlseite kann demgegenüber insbesondere für gute Wärmepropagation über die Kühlseite ausgebildet sein.

Eine thermische Isolation kann sich insbesondere über eine gesamte Seite, beispielsweise eine Oberseite bzw. Unterseite einer Kühlplatte erstrecken. Die Seiten, also Kühlseite und Isolationsseite, liegen sich typischerweise gegenüber bzw. weisen in unterschiedliche Richtungen. Die Kühlseite und die Isolationsseite sind typischerweise größer, insbesondere deutlich größer als Seitenflächen bzw. Stirnseiten der Kühlplatten.

Eine Isolationsseite kann insbesondere zur Verhinderung oder zumindest deutlichen Verringerung einer Wärmeausbreitung bzw. eines Wärmetransports über die Seite ausgebildet sein. Wärmeaustausch zwischen der Kühlplatte und einem angrenzenden Element wird somit insbesondere an der Isolationsseite verhindert oder verringert, insbesondere deutlich verringert, beispielsweise verglichen mit einer nicht thermisch isolierten Seite bzw. der Kühlseite. Insbesondere können die Kühlseiten mindestens die fünffache, zehnfache oder zwanzigfache Wärmeleitfähigkeit haben als die Isolationsseiten. Dies kann insbesondere für einen Vergleich jeder Kühlseite mit jeder Isolationsseite, oder auch nur für eine Teilmenge der Seiten gelten.

Die Zellen können insbesondere elektrochemische Energiespeicherzellen sein. Insbesondere kann durch die hier offenbarte Technologie die Resistenz gegenüber einem thermischen Fehlerfall erhöht werden. Ein solcher thermischer Fehlerfall ist regelmäßig ein Fehlerfall, bei welchem eine exotherme chemische Reaktion auftritt. Ein solcher Fehlerfall kann auch ein thermisches Ereignis (englisch „thermal runaway“) sein. Der Fehlerfall kann insbesondere ein Ereignis sein, das eine nicht betriebsgemäße und sich selbst verstärkende Wärmeproduktion in den Einzelzellen bewirkt. Es könnte dabei unter Umständen eine Propagation einsetzen. Ein solcher Fehlerfall kann beispielsweise durch einen internen Kurzschluss in einer Einzelzelle oder durch einen Brandherd verursacht werden.

Die Energiespeichereinrichtung ist insbesondere eine Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, insbesondere um mindestens eine elektrische (Traktions-)Antriebsmaschine anzutreiben. Die Energiespeichereinrichtung weist typischerweise eine Vielzahl von Zellen auf. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung ein Flochvoltspeicher bzw. eine Flochvolt-Batterie sein. Sie kann insbesondere von einem Speichergehäuse umgeben sein, welches zweckmäßig eine Einhausung ist, die zumindest die Flochvoltkomponenten der Energiespeichereinrichtung umgibt.

Die Zellen können insbesondere als Rundzellen zur elektrochemischen Speicherung von Energie ausgebildet sein. Eine Rundzelle ist in der Regel in einem zylinderförmigen Zellengehäuse (englisch „cell can“) aufgenommen. Kommt es beispielsweise zu einer betriebsbedingten Ausdehnung der Aktivmaterialien der Rundzelle, so wird das Gehäuse im Umfangsbereich auf Zug beansprucht. Vorteilhaft können somit vergleichsweise dünne Gehäusequerschnitte die aus dem Aufschwellen resultierenden Kräfte kompensieren. Bevorzugt ist das Zellengehäuse aus Stahl bzw. einer Stahllegierung oder aus Aluminium hergestellt. Zweckmäßig kann das bereits erwähnte Speichergehäuse gasdicht ausgebildet sein, so dass eventuell aus den Zellen austretende Gase aufgefangen werden. Vorteilhaft kann das Speichergehäuse zum Brandschutz, Kontaktschutz, Intrusionsschutz und/oder zum Schutz gegen Feuchtigkeit und Staub dienen. Das Speichergehäuse kann zumindest teilweise aus einem Metall hergestellt sein, insbesondere aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einer Stahllegierung. In dem mindestens einen Speichergehäuse der Energiespeichereinrichtung kann mindestens eines oder mehrere der folgenden Bauteile aufgenommen sein: Speicherzellen bzw. Zellen, Bauelemente der Leistungselektronik, Schütz(e) zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum Kraftfahrzeug, Kühlelemente, elektrische Leiter, Steuergerät(e). Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere zu kühlende Elemente aufweisen, insbesondere Zellen und/oder Bauelemente der Leistungselektronik der Energiespeichereinrichtung. Zweckmäßig werden die Bauteile vor der Montage der Baugruppe in das Kraftfahrzeug vormontiert.

Die Zellen können insbesondere an jedem von zwei Enden jeweils mindestens eine Entgasungsöffnung aufweisen. Die Entgasungsöffnungen dienen insbesondere dazu, entstehende Gase aus dem Zellengehäuse entweichen zu lassen. Es kann aber auch nur eine Entgasungsöffnung pro Rundzelle bzw. Zelle vorgesehen sein. Vorteilhaft ist jeweils mindestens eine Entgasungsöffnung pro Zelle in der Einbaulage zum äußeren Schweller hin entgasend angeordnet.

Bevorzugt weist das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Zellen bzw. Rundzellen einen Wert zwischen 5 und 30, bevorzugt zwischen 7 und 15, und besonders bevorzugt von 9 und 11 auf. Das Länge-zu-Durchmesser- Verhältnis ist der Quotient aus der Länge des Zellengehäuses der Rundzelle im Zähler und dem Durchmesser des Zellengehäuses der Rundzelle im Nenner. In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Rundzellen beispielsweise einen (Außen-)Durchmesser von ca. 45 mm bis 55 mm aufweisen. Ferner vorteilhaft können die Rundzellen eine Länge von 360 mm bis 1.100 mm, bevorzugt von ca. 450 mm bis 600 mm, und besonders bevorzugt von ca. 520 mm bis 570 mm aufweisen.

Die Zellen können insbesondere aus beschichteten Elektrodenhalbzeugen hergestellt sein. Zweckmäßig ist das Kathodenmaterial bzw. das Anodenmaterial jeweils auf Trägerschichten bzw. Trägerschichtbahnen des jeweiligen Elektrodenhalbzeugs aufgebracht. Beispielsweise kann das Kathodenmaterial auf eine Kathodenträgerschicht (zum Beispiel Aluminium) und das Anodenmaterial auf eine Anodenträgerschicht (zum Beispiel Kupfer) durch Beschichten aufgebracht werden.

Es kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass die Zellen mindestens ein beschichtetes Elektrodenhalbzeug umfassen, das keine mechanische Trennkante senkrecht und/oder parallel zur Längsachse der Rundzellen aufweist, die nach der Beschichtung der Elektrodenhalbzeuge durch einen Trennverfahrensschritt erzeugt wurde. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Zellen jeweils mindestens ein beschichtetes Elektrodenhalbzeug mit rechteckförmigem Querschnitt umfassen, wobei die Länge der längeren Seite des Elektrodenhalbzeugs im Wesentlichen einer Gesamtbreite einer Trägerschichtbahn entspricht oder übertrifft, die zur Ausbildung des Elektrodenhalbzeugs mit Anodenmaterial oder Kathodenmaterial beschichtet wurde, so dass das Elektrodenhalbzeug nach der Beschichtung ohne weiteren Trennverfahrensschritt in Längsrichtung der Trägerschichtbahn wickelbar ist bzw. war. Insbesondere kann eine Zelle mittels eines Verfahrens hergestellt werden, umfassend den Schritt, wonach nach dem Beschichten von mindestens einer das Elektrodenhalbzeug ausbildenden Trägerschichtbahn mit Kathodenmaterial oder Anodenmaterial das Elektrodenhalbzeug zu einer Speicherzelle gewickelt wird, ohne dass die Trägerschichtbahn nach der Beschichtung einem weiteren Trennverfahrensschritt in Längsrichtung der Trägerschichtbahn unterworfen wird.

Die Zellen können insbesondere in ihrer Einbaulage im Wesentlichen parallel (d.h. parallel, eventuell mit Abweichungen, die für die Funktion unerheblich sind) zur Fahrzeugquerachse Y verlaufen. Die Fahrzeugquerachse ist dabei diejenige Achse, die in der Normallage des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und horizontal verläuft. Die Zellen können jedoch beispielsweise auch parallel zur Fahrzeuglängsachse X verlaufen.

Die Zellen können insbesondere in Richtung der Fahrzeughochachse Z in mehreren Lagen angeordnet sein. Die Fahrzeughochachse Z ist diejenige Achse, die in der Normallage des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und vertikal verläuft. Eine Lage von Zellen ist dabei insbesondere eine Vielzahl an Zellen, die in einer gleichen Ebene im Speichergehäuse oder auch auf sonstige Art verbaut sind und im Wesentlichen denselben Abstand zum Boden aufweisen. Die Anzahl der Lagen kann in Richtung der Fahrzeuglängsachse X variieren. Dadurch kann ein Bauraum besser ausgenutzt werden.

Die Kühlplatten können insbesondere in einer Lage oder in mehreren Lagen angeordnet sein, wobei jede Lage mehrere der Kühlplatten umfasst. Eine einzige Lage von Kühlplatten kann beispielsweise verwendet werden, wenn nur zwei Lagen von Zellen vorhanden sind, wobei dann beispielsweise eine Lage von Zellen über der Lage von Kühlplatten angeordnet sein kann und eine Lage von Zellen unter der Lage von Kühlplatten angeordnet sein kann. Sind mehr als zwei Lagen von Zellen vorhanden, so werden typischerweise auch mehrere Lagen von Kühlplatten verwendet, wobei sich typischerweise jeweils eine Lage von Kühlplatten zwischen zwei unmittelbar übereinanderliegenden Lagen von Zellen befindet.

Eine Lage von Kühlplatten umfasst typischerweise mehrere Kühlplatten, die in einer gleichen Ebene im Speichergehäuse oder auch auf sonstige Art verbaut sind und im Wesentlichen denselben Abstand zum Boden aufweisen.

Insbesondere kann mindestens eine der Lagen oder jede Lage Kühlplatten umfassen, deren Isolationsseite in eine erste gemeinsame Richtung weist, und Kühlplatten umfassen, deren Isolationsseite in eine zweite gemeinsame Richtung west, die zur ersten gemeinsamen Richtung entgegengesetzt ist. Die jeweils anderen Seiten sind typischerweise nicht thermisch isoliert bzw. als Kühlseiten ausgebildet. Somit kann mittels einer Lage von Kühlplatten sowohl die darüberliegende Lage von Zellen wie auch die darunterliegende Lage von Zellen gekühlt werden. Insbesondere können dabei Kühlplatten, deren Isolationsseite in die erste gemeinsame Richtung weist und Kühlplatten, deren Isolationsseite in die zweite gemeinsame Richtung weist, innerhalb mindestens einer der Lagen oder jeder Lage alternierend angeordnet sein. Dies bedeutet insbesondere, dass sich entlang einer Richtung durch die Ebene, in welcher die Kühlplatten der Lage angeordnet sind, Kühlplatten bezüglich der Richtung, in die ihre Isolationsseite weist, immer unmittelbar abwechseln. Dadurch wird eine gleichmäßige Kühlwirkung nach oben und nach unten erreicht.

Gemäß einer Ausführung umfasst mindestens eine der Lagen oder jede Lage von Kühlplatten nur Kühlplatten, deren Isolationsseiten in eine gemeinsame Richtung weisen. Dementsprechend weist typischerweise die jeweils andere Seite dieser Kühlplatten, also die Kühlseite, in eine entgegengesetzte gemeinsame Richtung. Dadurch können Lagen von Kühlplatten ausgebildet werden, welche nur in einer Richtung kühlen.

Eine Richtung ist dabei nicht im strengen Sinn zu verstehen, sondern kann beispielsweise auch nur eine grobe Richtung sein, beispielsweise wenn eine Kühlplatte wie bereits erwähnt gewellt ist und somit Oberflächennormalen zwangsläufig nicht parallel sind.

Gemäß einer möglichen Ausführung, die auch mit anderen hier beschriebenen Ausführungen kombinierbar ist, kann vorgesehen sein, dass Kühlplatten zweier Lagen von Kühlplatten Zellen einer unmittelbar zwischen den Lagen von Kühlpatten angeordneten Lage von Zellen jeweils mit einer Isolationsseite kontaktieren. Dadurch werden die Zellen der erwähnten Lage ausschließlich von Isolationsseiten kontaktiert. Dies kann der Tatsache Rechnung tragen, dass die Zellen einer solchen Lage von Kühlplatten zweier Lagen von Kühlplatten kontaktiert werden und somit bei ansonsten gleicher Ausführung stärker gekühlt werden würden als Zellen, die nur von Kühlplatten einer Lage von Kühlplatten kontaktiert werden. Auch durch die Isolationsseiten erfolgt typischerweise ein gewisser Wärmefluss, also eine Kühlleistung. Bei der erwähnten Lage von Zellen werden die Zellen bei der eben beschriebenen Ausführung von mehr Kühlplatten kontaktiert als andere Lagen, jedoch jeweils mit deren Isolationsseite. Somit wird eine zu starke Kühlung vermieden, oder anders ausgedrückt wird die höhere Anzahl kontaktierender Kühlplatten durch die Verwendung der Isolationsseiten kompensiert.

Gemäß einer Ausführung wird jede Zelle von mindestens einer Kühlseite kontaktiert. Dadurch wird erreicht, dass jede Zelle von zumindest einer Kühlplatte gekühlt werden kann. Dementsprechend kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Kühlseiten von mehreren Kühlplatten einer Lage vorgesehen sind, welche jede angrenzende Zelle kontaktieren. Dadurch kann die Kühlleistung verbessert werden.

Bevorzugt ist zwischen zwei Zellen, die unmittelbar gegenüberliegend an einer Kühlplatte angrenzen, eine Kühlseite und eine Isolationsseite der Kühlplatte ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass gerade eine Wärmepropagation zwischen solchen unmittelbar gegenüberliegenden Zellen wirkungsvoll unterbunden wird, da eine der Seiten eine Isolationsseite ist. Dies kann sich insbesondere auf alle derart angeordnete Zellen der Energiespeichereinrichtung beziehen. Da die Kühlplatten typischerweise dazu ausgebildet sind, Wärme sehr gut zu leiten, besteht gerade bei solchen Zellen ein erhöhtes Risiko, dass sich eine Überhitzung zwischen solchen Zellen ausbreitet und somit eine einzige Zelle mit einem Wärmeereignis auch die unmittelbar gegenüberliegende Zelle in Mitleidenschaft zieht. Dies wird durch die hier beschriebene Ausführung wirkungsvoll verhindert. Unmittelbar gegenüberliegend an einer Kühlplatte angrenzende Zellen sind insbesondere solche, welche an einer Stelle entlang einer Längserstreckung der Kühlplatte, nur auf unterschiedlichen Seiten, also beispielsweise Oberseite und Unterseite, anliegen.

Die Zellen können insbesondere zylinderförmig sein. Es kann sich dabei insbesondere um Rundzellen handeln. Diese können besonders leicht hergestellt werden und lassen sich besonders dicht und platzsparend anordnen.

Längsachsen der Zellen können insbesondere parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies erlaubt eine einfache und gute Ausnutzung von typischen Einbauräumen beispielsweise in einem Unterflurbereich eines Kraftfahrzeugs. Zwischenräume zwischen den Zellen können insbesondere mit thermisch isolierendem Material und/oder mit brandhemmendem Material ausgefüllt sein. Insbesondere kann es sich auch um Material handeln, welches sowohl thermisch isolierend wie auch brandhemmend ist. Beispielsweise kann Aerogel, Glasfaser oder Silikonschaum verwendet werden. Dadurch kann eine Wärmepropagation zwischen unmittelbar benachbarten Zellen, zwischen welchen keine Kühlplatte liegt, welche sich also beispielsweise in der gleichen Lage von Zellen befinden, verhindert werden. Das thermisch isolierende und/oder brandhemmende Material kann sich auch zwischen Kühlplatten befinden. Es kann die Zwischenräume bzw. einen Zwischenraum ganz oder teilweise ausfüllen.

Die Kühlplatten können insbesondere wellenförmig und/oder an Kontaktbereichen zu den Zellen komplementär zu den Zellen ausgeführt sein. Dadurch kann beispielsweise bei der Verwendung von Rundzellen eine besonders gute Kontaktierung der Zellen erreicht werden. Dies verbessert die Wärmeübertragung. Eine komplementäre Ausführung einer Kühlplatte ist insbesondere dadurch charakterisiert, dass Zelle und Kühlplatte entlang eines Segments ihrer Oberflächen aneinander anliegen. Eine Wellenform kann insbesondere in einer Ebene quer zu Längserstreckungen bzw. Längsachsen der Zellen und/oder quer zu einer Fahrzeugquerachse Y oder Fahrzeuglängsachse X realisiert sein. Sie kann sich ebenso wie die komplementäre Ausführung auf einen Querschnitt der Kühlplatte beziehen. Die Kühlseiten und Isolationsseiten der Kühlplatten können insbesondere glatt sein, also insbesondere keine weitere Strukturierung haben als die Wellenform bzw. die komplementäre Ausführung zu den Zellen, sie können jedoch auch strukturiert sein. Die Isolationsseiten können insbesondere mittels einer thermisch isolierenden Schicht thermisch isoliert sein. Dies erlaubt eine einfache Ausführung der thermischen Isolierung, wobei nach oder bei Herstellung einer Kühlplatte festgelegt werden kann, welche ihrer Seiten thermisch isoliert sein soll, indem beispielsweise die entsprechende Schicht aufgebracht wird. Eine Schicht kann dabei beispielsweise als Beschichtung aufgebracht werden, wobei typischerweise eine zu beschichtende Seite mit formlosem Material, das die Schicht ausbilden soll, bedeckt wird. Ebenso ist die Verwendung einer Folie zur Ausbildung einer Schicht möglich, welche beispielsweise aufgeklebt werden kann.

Die thermisch isolierende Schicht kann insbesondere aus einem mineralischen Material, Zeolith, Glasfaser und/oder Silikon ausgebildet sein. Derartige Materialien haben sich für typische thermisch isolierende Schichten bewährt. Eine thermisch isolierende Schicht kann insbesondere eine Dicke von höchstens 1 mm aufweisen. Dies genügt für typische Anwendungen. Die Dicke kann beispielsweise auch zwischen 0,5 mm und 1,5 mm betragen.

Bei einer Energiespeichereinrichtung können auch Bereiche mit unterschiedlichen Anzahlen an Lagen von Zellen kombiniert werden. Damit kann sich die Energiespeichereinrichtung an unterschiedliche Höhen in einem Bauraum anpassen. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung in einem Bauraum unter einer Fahrgastzelle angeordnet werden. Sie kann beispielsweise unter einem Fußraum nur eine oder zwei Lagen aufweisen und unter einem Sitzbereich drei oder mehr Lagen aufweisen. Typischerweise ist zwischen jeweils zwei unmittelbar übereinanderliegenden Lagen von Zellen eine Lage von Kühlplatten angeordnet. Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichereinrichtung wie hierin beschrieben. Bezüglich der Energiespeichereinrichtung können alle beschriebenen Varianten verwendet werden. Insbesondere kann die Energiespeichereinrichtung unter einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner eine Kühlplattenanordnung, aufweisend eine Lage von Kühlplatten, wobei jede Kühlplatte eine Kühlseite und eine Isolationsseite aufweist. Die Isolationsseiten der Kühlplatten können insbesondere alternierend in unterschiedliche, insbesondere entgegengesetzte Richtungen weisen, oder sie können auch in die gleiche Richtung weisen. Die Kühlplattenanordnung kann eines oder mehrere Anschlusselemente zum Durchleiten von Kühlflüssigkeit durch die Kühlplatten aufweisen. Bezüglich der genannten Elemente einer Kühlplattenanordnung, beispielsweise der Ausführung der Kühlplatten, sei auf die an sonstiger Stelle hierin gegebene Beschreibung verwiesen. Eine Kühlplattenanordnung kann insbesondere in einer Energiespeichereinrichtung verwendet werden.

Mit anderen Worten bezieht sich das Phänomen „thermal propagation“ beispielsweise auf eine schnelle Ausbreitung von entstandenerWärme zum Beispiel im Falle eines zellinternen Defekts oder leitenden Partikels. Es wurde erkannt, dass der Wärmeübertrag dabei zu einem erheblichen Teil über Kühlplatten erfolgt, da diese typischerweise für eine gute thermische Anbindung der einzelnen Zellen konzipiert sind.

Eine thermische Ausbreitung zwischen den Zellen kann beispielsweise durch den Einsatz von Thermobarrieren (zum Beispiel Aerogel, Glasfaser, Silikonschaum etc.) gut kontrolliert werden. Die gute thermische Anbindung der Zellen an die Kühlplatten, beispielsweise durch Thermopaste, kann allerdings dazu führen, dass übereinanderliegende Zellen, die sich gemeinsam den gleichen Kühler teilen, einen schnelleren Wärmetransport sehen und dadurch in den Thermal Runaway geraten.

Um dem entgegenzuwirken, können beispielsweise Kühlkanäle eines Multi- Port-Kühlers abwechselnd auf der Oberseite bzw. Unterseite thermisch gegen die Zellen isoliert werden. Dadurch ist weiterhin eine ausreichend gute thermische Anbindung an den Kühler gewährleistet, um Schnellladen und hohe Leistungen darzustellen. Zum anderen ist allerdings die gute thermische Verbindung von übereinanderliegenden Zellen so weit reduziert, dass das thermische Runaway dieser Zellen vermieden werden kann.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine Energiespeichereinrichtung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2: zwei Ausführungen von Kühlplatten,

Fig. 3: mehrere Kühlplatten mit Anschlusselementen,

Fig. 4: eine Energiespeichereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 5: eine Energiespeichereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 5 gemäß dem Stand der Technik. Es handelt sich hierbei um eine rein schematische seitliche Querschnittsansicht.

Die Energiespeichereinrichtung 5 weist mehrere Zellen 10 zur Speicherung elektrischer Energie auf. Diese sind wie gezeigt als Rundzellen ausgeführt, deren Längsachsen sich quer zur Papierebene von Fig. 1 erstrecken, und sind in zwei unmittelbar übereinanderliegenden Lagen angeordnet. Zwischen den beiden Lagen von Zellen 10 ist eine Kühlplatte 20 angeordnet. Diese ist wie gezeigt wellenförmig ausgeführt und kontaktiert die Zellen 10. Dadurch kann Wärme abgeführt werden, welche beim Laden oder bei der Stromentnahme in den Zellen 10 entsteht.

Zwischen den Zellen 10 ist thermisch isolierendes Material 30 eingebracht, so dass zwischen Zellen 10 einer Lage eine ausreichende thermische Isolierung besteht. Sollte also eine dieser Zellen beispielsweise niederohmig werden oder aus einem sonstigen Grund eine zu hohe Wärmeentwicklung zeigen, wird eine Ausbreitung eines solchen thermischen Ereignisses in der gleichen Lage durch das thermisch isolierende Material 30 wirkungsvoll verhindert.

Eine mögliche thermische Propagation über die Kühlplatte 20 wird nachfolgend anhand von drei der Zellen 10, welche mit Z1, Z2, Z3 bezeichnet sind, erläutert. Tritt beispielsweise bei der Zelle Z1 ein thermisches Ereignis auf, welches zu einer Überhitzung führt, können aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit der Kühlplatte 20 die beiden unmittelbar darunterliegenden Zellen Z2 und Z3, welche unmittelbar gegenüberliegend zur Zelle Z1 an der Kühlplatte 20 anliegen, von diesem thermischen Ereignis in Mitleidenschaft gezogen werden. Insbesondere kann sich eine Temperaturerhöhung über die Kühlplatte 20 von der Zelle Z1 zu den Zellen Z2 und Z3 leicht ausbreiten. Dies stellt einen Nachteil im bekannten Stand der Technik dar.

Um dies zu vermeiden, können Kühlplatten verwendet werden, wie sie in Fig. 2 schematisch im Querschnitt dargestellt sind. Dabei sind eine Kühlplatte 20 eines ersten Typs und eine Kühlplatte 25 eines zweiten Typs gezeigt. Die Kühlplatte 20 des ersten Typs weist an ihrer Oberseite eine thermisch leitfähige Schicht 21 auf, wodurch die Oberseite zu einer Kühlseite 23 wird. An ihrer Unterseite weist sie eine thermisch isolierende Schicht 22 auf, die schraffiert dargestellt ist, wodurch die Unterseite zu einer Isolationsseite 24 wird. Bei der Kühlplatte 25 des zweiten Typs ist es genau umgekehrt, d.h. an ihrer Oberseite weist sie eine thermisch isolierende Schicht 22 auf, wodurch die Oberseite zur Isolationsseite 24 wird, wohingegen sie an ihrer Unterseite eine thermisch leitfähige Schicht 21 aufweist, wodurch die Unterseite zu einer Kühlseite 23 wird. Die Oberseite weist dabei wie gezeigt nach oben und die Unterseite weist nach unten, was für beide Kühlplatten 20, 25 gilt, wobei darauf hingewiesen sei dass es sich hierbei zwar um einen Zustand wie in der Einbausituation handeln kann, jedoch auch eine andere Einbausituation gewählt werden kann, d.h. die Seiten können auch anders orientiert sein.

Eine thermisch leitfähige Schicht 21 kann beispielsweise aus Thermopaste ausgebildet sein. Alternativ könnte jedoch auch auf eine solche Schicht verzichtet werden und eine Wärmeleitung allein über eine Kontaktierung eines zu kühlenden Elements über die Kühlplatte 20, 25 erfolgen. Eine thermisch isolierende Schicht 22 kann beispielsweise aus Zeolith, Glasfaser und/oder Silikon ausgebildet sein. Grundsätzlich kann eine thermisch isolierende Schicht 22 auch dicker als die thermisch leitfähige Schicht 21 ausgeführt sein.

Fig. 3 zeigt eine Lage 40 von Kühlplatten 20, 25. Dabei wechseln sich wie gezeigt Kühlplatten 20 des ersten Typs mit Kühlplatten 25 des zweiten Typs ab. Sie sind somit alternierend angeordnet. Somit ist immer eine Kühlplatte 20 des ersten Typs mit einer nach oben weisenden thermisch leitfähigen Schicht 21 vorhanden, und unmittelbar daneben ist eine Kühlplatte 25 des zweiten Typs mit einer nach oben weisenden thermisch isolierenden Schicht 22 vorhanden. Auf der Unterseite ist es entsprechend umgekehrt. Zur Vereinfachung sind die Schichten 21, 22 in Fig. 3 nicht bezeichnet, es sei auf Fig. 2 verwiesen. Die Kühlplatten 25 des zweiten Typs sind jedoch obenseitig gepunktet, um deren thermische Isolierung an dieser Seite darzustellen.

Die Kühlplatten 20, 25 sind an seitlichen Anschlusselementen 50, 51 angeschlossen. Diese dienen dazu, ein Kühlfluid durch in den Kühlplatten 20, 25 ausgebildete Kanäle zu leiten. Sie können beispielsweise an einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs angeschlossen sein. Dadurch kann eine besonders effektive Wärmeabführung erreicht werden.

Die Kühlplatten 20, 25 bilden in der in Fig. 3 gezeigten Ausführung eine Kühlplattenanordnung 55. Auch die Anschlusselemente 51 , 52 können als Bestandteil dieser Kühlplattenanordnung 55 aufgefasst werden.

Fig. 4 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 5 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei werden die mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschriebenen Komponenten verwendet.

In der gezeigten Ausführung sind drei Lagen von Zellen 10 vorhanden. Diese sind ebenfalls als Rundzellen ausgeführt, wobei sich zwischen den Zellen 10 das bereits erwähnte thermisch isolierende Material 30 befindet.

Zwischen der unteren Lage und der mittleren Lage sowie zwischen der mittleren Lage und der oberen Lage von Zellen 10 ist jeweils eine Kühlplatte 20 angeordnet. Diese gehören zu einer Lage 40 von Kühlplatten bzw. zu einer weiteren Lage 45 von Kühlplatten. Es handelt sich hierbei um eine Kühlplatte 20 des ersten Typs, und zwar in beiden Fällen. Dies bezieht sich auf den hier gezeigten Schnitt. Somit ist jeweils die Oberseite mit einer thermisch leitfähigen Schicht 21 überzogen und die Unterseite ist mit einer thermisch isolierenden Schicht 22 überzogen. Somit kühlt jede Kühlplatte 20 jeweils die über ihr liegenden Zellen 10, da jeweils nach oben eine Kühlseite 23 weist. Die darunterliegenden Zellen 10 werden dagegen nicht oder nur wesentlich schwächer von dieser Kühlplatte 20 des ersten Typs gekühlt, da hier die thermisch isolierende Schicht 22 zur Anwendung kommt, die Unterseite also eine Isolationsseite 24 ist.

Es sei darauf hingewiesen, dass dies nicht bedeutet, dass die Zellen 10 der unteren Lage nicht gekühlt werden. Vielmehr handelt es sich bei Fig. 4 um eine Schnittansicht, welche den Zustand entlang eines Schnitts angibt.

Würde man den Schnitt in einer Richtung quer zur Papierebene von Fig. 4 verschieben, würde dieser durch eine Kühlplatte 25 des zweiten Typs gehen, da diese alternierend angeordnet sind, wie dies mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurde. Somit werden alle gezeigten Zellen 10 gekühlt.

Durch die Ausführung der Kühlplatten 20, 25 mit der thermisch isolierenden Schichten 22 wird in vorteilhafter weise erreicht, dass die mit Bezug auf Fig.

1 beschriebene thermische Propagation ausgehend von einer sich überhitzenden Zelle 10 zu unmittelbar gegenüberliegenden Zellen 10 nicht stattfinden kann. Eine solche eventuelle thermische Propagation wird an der thermisch isolierenden Schicht 22 aufgehalten. Würde somit eine der in Fig.

4 zu sehenden Zellen 10 sich überhitzen, würden andere Zellen 10 der gleichen Lage durch das thermisch isolierende Material 30 zwischen den Zellen 10 geschützt werden, und Zellen anderer Lagen würden durch die thermisch isolierende Schicht 22 auf der jeweiligen Kühlplatte 20, 25 geschützt werden.

Als Alternative zur Ausführung von Fig. 4 könnten auch in der Lage 40 von Kühlplatten ausschließlich Kühlplatten 25 des zweiten Typs verwendet werden und in der weiteren Lage 45 von Kühlplatten könnten ausschließlich Kühlplatten 20 des ersten Typs verwendet werden. Dann würden die Zellen 10 der mittleren Lage ausschließlich von Isolationsseiten 24 kontaktiert. Auch durch diese kann jedoch ein gewisser Wärmefluss vorgesehen sein, welcher im Vergleich zu den Kühlseiten 23 verringert ist. Dadurch kann kompensiert werden, dass die Zellen 10 der mittleren Lage im Gegensatz zu den anderen Zellen 10 sowohl oben wie auch unten von Kühlplatten 20, 25 kontaktiert werden.

Fig. 5 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 5 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 4 sind dabei lediglich zwei Lagen von Zellen 10 vorhanden, zwischen welchen in der gezeigten Schnittansicht nur eine Kühlpatte 20 vorhanden ist. Diese ist Teil einer einzigen Lage 40 von Kühlplatten, wobei in dieser Lage 40 wiederum Kühlplatten 20 des ersten Typs und Kühlplatten 25 des zweiten Typs angeordnet sind. Mit einer solchen Energiespeichereinrichtung 5 wird eine flachere Ausführung erreicht, da eine Lage von Zellen 10 wegfällt. Ansonsten sei auf die Beschreibung von Fig. 4 verwiesen.

Ausführungen mit unterschiedlichen Anzahlen an Lagen von Zellen 10 können auch kombiniert werden. Beispielsweise kann mindestens ein Teil einer Energiespeichereinrichtung 5 entsprechend Fig. 4 und mindestens ein anderer Teil entsprechend Fig. 5 ausgeführt sein. Dadurch kann sich die Energiespeichereinrichtung 5 an unterschiedliche Höhen eines Bauraums, beispielsweise unter einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, anpassen. Auch andere Anzahlen an Lagen von Zellen 10 sind möglich.

Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. die/eine Zelle, die/eine Kühlplatte, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. die mindestens eine Zelle, die mindestens eine Kühlplatte, etc.). Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Bezugszeichenliste:

5 Energiespeichereinrichtung

10 Zelle

20 Kühlplatte

21 thermisch leitfähige Schicht

22 thermisch isolierende Schicht

23 Kühlseite

24 Isolationsseite

25 Kühlplatte

30 thermisch isolierendes Material

40 Lage von Kühlplatten

45 weitere Lage von Kühlplatten

50: Anschlusselement

51: Anschlusselement

55: Kühlplattenanordnung