B e s c h r e i b u n g Die Erfindung betrifft ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens einer flachen elektrochemischen Zelle mit einer wenigstens bereichsweise an ihrem Rand verlaufenden Siegelnaht, eine Anordnung einer Mehrzahl solcher Zellen in einem solchen Gehäuse und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses bzw. einer solchen Anordnung.

Elektrochemische Energiespeicher, im Folgenden auch als elektrochemische oder galvanische Zellen bezeichnet, werden häufig in der Form flacher, stapelbarer Einheiten hergestellt, aus denen durch Zusammenfassung einer Mehrzahl solcher Zellen so genannte Batterien für verschiedene Anwendungen hergestellt werden können. Zur mechanischen Fixierung der Zellen innerhalb einer solchen Stapelanordnung von Zellen sind beispielweise in der DE 10 2009 005 124 A1 Anordnungen solcher Zellen vorgeschlagen worden, bei denen die Zellen in Rahmen gehalten werden, die mit geeigneten Konstruktionselementen versehen sind, um die Zellen so zu mechanisch stabilen Aggregaten aus mehreren Zellen zusammenzufassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lehre zur mechanischen Fixierung oder Einhausung flacher elektrochemischer Zellen anzugeben, die Nachteile und Beschränkungen bekannter Lösungen nach Möglichkeit vermeidet oder überwindet. Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens einer flachen elektrochemischen Zelle mit einer wenigstens bereichsweise an ihrem Rand verlaufenden Siegelnaht nach Anspruch 1 , durch eine Anordnung einer Mehr- zahl solcher Zellen gemäß Anspruch 9 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses oder einer solchen Anordnung nach Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist ein Gehäuse zur Aufnahme wenigstens einer flachen elektrochemischen Zelle mit einer wenigstens bereichsweise an ihrem Rand verlaufenden Siegelnaht vorgesehen, wobei das Gehäuse zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Gehäuseseitenwände aufweist, die in ihren Innenflächen für jede aufzunehmende Zelle ein Paar gegenüber liegender Einschnitte aufweisen, die zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht der jeweiligen Zelle ausgestaltet sind.

Unter einem Gehäuse im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei jede Einrichtung zu verstehen, die geeignet ist, eine elektrochemische Zelle oder eine Aggregation aus mehreren elektrochemischen Zellen gegen unerwünschte oder störende Einflüsse von außen abzuschirmen und/oder die Umgebung der elektrochemischen Zelle oder der Aggregation solcher elektrochemischen Zellen vor unerwünschten Einflüssen zu schützen, die durch den Betrieb solcher Zellen entstehen können. Vorzugsweise verhindert oder erschwert ein solches Gehäuse dabei einen unerwünschten Stofftransport oder Stoffaustausch oder Energieaustausch zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung.

Unter einer elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang ein elektrochemischer Energiespeicher verstanden werden, also eine Einrichtung, die Energie in chemischer Form speichern, in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben und vorzugsweise auch in elektrischer Form aus einer Lade- einrichtung aufnehmen kann. Wichtige Beispiele für solche elektrochemischen Energiespeicher sind galvanische Zellen oder Brennstoffzellen.

Unter einer flachen elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang eine elektrochemische Zelle verstanden werden, deren äußere Form durch zwei im wesentlichen parallele Flächen charakterisiert ist, deren senkrechter Abstand voneinander kürzer ist als die parallel zu diesen Flächen gemessene mittlere Länge der Zelle. Zwischen diesen Flächen sind, häufig umhüllt von einer Verpackung oder einem Zellgehäuse, die elektrochemisch aktiven Bestandteile der Zelle angeordnet. Solche Zellen sind häufig von einer mehrschichtigen Folienverpackung umgeben, die an den Rändern der Zellenverpackung eine Siegelnaht aufweist, die durch ein dauerhaftes Verbinden oder Schließen der Folienverpackung im Bereich der Siegelnaht gebildet ist. Derartige Zellen werden häufig auch als Pouch-Zellen oder als Coffeebag-Zellen bezeichnet.

Die zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht der jeweiligen Zelle vorgesehene Ausgestaltung des Paares gegenüber liegender Einschnitte bezieht sich auf die zu diesem Zweck geeignete Formgebung, Größe und Anordnung dieser Einschnitte.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Gehäuse vorgesehen, bei dem wenigstens eine zwischen den beiden Gehäuseseitenwänden angeordnete Gehäusewand vorgesehen ist, die in ihrer Innenfläche für jede aufzunehmende Zelle einen Einschnitt aufweist, der zur Aufnahme der wenigstens einen Siegelnaht der wenigstens einen Zelle ausgebildet ist. Eine solche zwischen den beiden Gehäuseseitenwänden angeordnete Gehäusewand bildet vorzugsweise den Boden des Gehäuses und/oder den Deckel des Gehäuses. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann eine zwischen den beiden Gehäuseseitenwänden angeordnete weitere Gehäusewand auch eine Gehäusezwischenwand sein, die mehrere Lagen von elektrochemischen Zellen, die in einem Gehäuse untergebracht sind, voneinander trennt. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht wenigstens eine zwischen zwei Einschnitten angeordnete Gehäusezwischenwand vor, die vorzugsweise zwischen zwei benachbarten elektrochemischen Zellen angeordnet ist. Derartige Gehäusezwischenwände dienen vorzugsweise dazu, die benach- harten elektrochemischen Zellen thermisch und/oder mechanisch voneinander zu separieren, um unerwünschte Wechselwirkungen zwischen benachbarten elektrochemischen Zellen nach Möglichkeit zu vermeiden oder zu verhindern.

Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist wenigstens eine der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände zumindest teilweise aus einem kompressiblen, besonders vorzugsweise einem elastischen Material gefertigt. Besonders bevorzugt sind hierbei Materialien aus einem Schaumstoff, vorzugsweise aus einem Polyethylen-Schaumkunststoff.

Solche Materialien sind besonders geeignet, um mechanische Vibrationen, Stöße oder andere möglicherweise schädlich Einflüsse aufzunehmen und deren

Wirkung auf die in dem Gehäuse angeordneten elektrochemischen Zellen zu mindern oder zu beseitigen.

Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist es vor- gesehen, das Gehäuse als den gesamten Zellkörper umfassende Einhausung vorzugsweise auf Batteriemodulebene auszubilden, wobei anwendungsobligatorische Schwingungs- oder thermische Belastungen isoliert oder zumindest teilweise absorbiert werden. Besonders vorzugsweise ist es vorgesehen, den Gehäuseblock oder die Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände mit Taschen materialseitig so einzustellen, dass auch bei einer alternden Zelle durch Teilelastizität des Materials ein für den Zellbetrieb optimaler Druck über die Lebensdauer der Zelle aufrechterhalten werden kann. Bei einer so genannten Zellatmung von beispielsweise 3/10 oder einer Dickenzunahmne durch Alterung kann so der optimale Druck aufrecht- erhalten werden, wodurch insbesondere die Lebensdauer von Zellen, die Separatoren aus Separion enthalten, der Prozess der Alterung und damit die Lebensdauer der Zelle positiv beeinflusst werden können. Dies wird Vorzugs- weise durch den flexiblen Andruck der Zellenwände auf die mit Taschen versehenen Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände im Prozess der Alterung bei gleichzeitig konsequentem Leichtbau erreicht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Gehäuse oder die Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände vorzugsweise nach außen mittels eines Mehrschichtverbundwerkstoffes, mittels eines Hybridwerkstoffs oder mittels eines Faserverbundwerkstoffes oder mittels ähnlicher Leichtbaumaterialien gegen unerwünschte Einwirkungen geschützt. Vorzugsweise kommen dabei gut Wärme leitende Materialien zum Einsatz. Durch eine geeignete Auswahl der hier eingesetzten Faserverbundwerkstoffe kann eine hohe Festigkeit erreicht und sichergestellt werden, sodass keine Partikel oder eindringende Gegenstände auf oder in dem Zellenverbund zu Kurzschlüssen oder Beschädigungen führen.

Vorzugsweise wird für diesen Faserverbundwerkstoff ein Elastomer als Grundoder Matrixwerkstoff verwendet. Vorzugsweise sind die Verstärkungsfasern in diesem Werkstoff multidirektional, vorzugsweise gezielt gerichtet oder uni- direktional ausgerichtet. Durch eine multidirektionale Ausrichtung der Ver- Stärkungsfasern wird vorzugsweise eine Erhöhung der Bauteilfestigkeit der Wände des Gehäuses erreicht und damit die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöht. Durch eine wenigstens bereichsweise gezielte, z.B. eine unidirektionale, Ausrichtung der Verstärkungsfasern wird vorzugsweise die Verformung der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände beein- flusst. Vorzugsweise wird damit eine gerichtete, lokal unterschiedliche Verformung der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände erreicht. Durch eine solche gerichtete Verformung der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände wird insbesondere erreicht, dass sich diese in vorhandene Hohlräume oder Ausnehmungen, welche das Batteriegehäuse umgeben, ausdehnt. Durch eine solche gerichtete Verformung werden vorzugsweise der unkontrollierte Kontakt mit Gegenständen welche das Batteriegehäuse umgeben, z.B. Rahmenteile oder weitere Batteriegehäuse, vermieden und damit die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöht.

Die Verstärkungsfasern dieses Faserverbundwerkstoffs für diese erfindungs- gemäße Seitenwand bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff. Vorzugsweise weist dieser ein vom Grundwerkstoff abweichendes Dehnungsverhalten auf. Vorzugsweise bestehen diese Verstärkungsfasern aus Nylon oder Aramid. Vorzugsweise können die Verstärkungsfasern auch aus einem Werkstoff aus einer anderen Werkstoffgruppe als Kunststoff bestehen, so z.B. kann es sich um Glas-, Metall-, Keramik- oder Kohlefasern handeln. Vorzugsweise weisen die Verstärkungsfasern eine Dicke von 1 μιτι bis 1.000 pm, vorzugsweise von 10 μητι bis 100 μιτι und besonders bevorzugt von 20 pm bis 40 μππ auf. Das Dehnungsverhalten dieser Verstärkungsfasern lässt sich vorzugsweise durch ihre Geometrie, z.B. durch die normal zur Hauptspannungsrichtung liegenden Querschnittsfläche, oder vorzugsweise durch ihren Elastizitätsmodul beeinflussen. Durch das unterschiedlichen Dehnungsverhalten der Verstärkungsfasern und des Grundwerkstoffs lässt sich das Verformungsverhalten dieser Seitenwand beeinflussen und damit die Sicherheit des Batteriegehäuses erhöhen.

Vorzugsweise besteht die Seitenwand wenigstens teilweise aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 100% bis 1.000%, wie z.B. Polyolefin, aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 50% bis 500%, wie z.B. Polyamid oder aus einem Kunststoff mit einer Bruchdehnung von 5% bis 80%, wie z.B. Polycarbonat. Vorzugsweise besteht die Seitenwand wenigstens teilweise aus einem Kunststoff aus der Gruppe der Poly-Ethylen-Propylen-Diene (EPDM). Vorzugsweise wird dieser Kunststoff nicht durch die Inhaltsstoffe einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder von den Reaktionsprodukten aus dieser chemisch angegriffen oder von diesen zersetzt. Vorzugsweise wird durch eine Beschichtung oder durch eine Schutzeinrichtung verhindert, dass reaktive Inhaltsstoffe mit dieser Seitenwand in Kontakt treten. Vorzugsweise wird durch eine geeignete Wahl des Kunststoffs für die Seitenwand verhindert, dass reaktive Stoffe aus dem Batteriegehäuse austreten, damit wird die Sicherheit erhöht.

Bei einem Faserverbundwerkstoff wird die thermische Leitfähigkeit vorzugsweise durch einen hohen Anteil an wärmeleitfähigen Fasern erreicht, welche vorzugsweise aus einem Werkstoff mit den zuvor genannten Wärmeleiteigenschaften bestehen. Vorzugsweise weist ein Faserverbundwerkstoff einen Faseranteil von 30 bis 95 Volumen-%, vorzugsweise von 40 bis 80 Volumen-% und besonders bevorzugt mit 50 bis 65 Volumen-% auf. Vorzugsweise ist dies ein Werkstoff mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, vorzugsweise mit einer thermischen Leitfähigkeit bei 20°C von 40 bis 1.000 W/(K*m), bevorzugt 100 bis 400 W/(K*m) und besonders bevorzugt ca. 220 W/(K*m). Vorzugsweise weist dieser Werkstoff als einen wesentlichen Bestandteil Aluminium auf, weitere Bestandteile können vorzugsweise Mangan, Magnesium, Kupfer, Silizium, Nickel, Zink und Beryllium sein.

Unter einem Hybridwerkstoff ist im Sinne der Erfindung ein Werkstoff zu verstehen, der bereichsweise aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff und vorzugsweise wenigstens bereichsweise aus einem metallischen Werkstoff besteht. In denjenigen Bereichen, in denen der Hybridwerkstoff aus Metall besteht, besitzt er vorzugsweise gute Wärmeleiteigenschaften, in denjenigen Bereichen, in den dieser Werkstoff aus faserverstärktem Kunststoff besteht, besitzt er vorzugsweise gut Wärme-Isolationseigenschaften. Vorzugsweise ist diese Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,5 W/(K*m), bevorzugt kleiner als 0,2 W/(K*m) und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 W/(K*m), jeweils bei 20°C. Durch die günstigen Wärmeleiteigenschaften und im Fall eines Hybridwerkstoffs auch die guten Isolationseigenschaften des Batteriegehäuses lassen sich der Temperaturhaushalt der Energiespeichereinrichtungen einfach beeinflussen und somit die Betriebssicherheit erhöhen.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Gehäuse bzw. die erfindungsgemäße Anordnung eine Zell-Druckverteilungslage auf. Insbesondere dient die Zell-Druckverteilungslage der flächigen Verteilung einer Kraft bzw. eines Drucks, welcher von einem Fremdkörper auf diese Zell-Druckverteilungslage ausgeübt wird. Insbesondere trennt die Zell-Druckverteilungslage die Batteriezelle von einem Fremdkörper. Vorzugsweise weist eine Zell-Druckverteilungslage zu- mindest einen Werkstoff aus der nachfolgenden Gruppe auf, welche beinhaltet: eisenhaltige Legierungen, Stahl, Leichtmetalle wie Aluminium, Titan oder Magnesium, insbesondere vernetzte Kunststoffe, Kunststoffe mit Füllstoffen und/oder Geweben/Gelegen, insbesondere mit Carbon-, Glas- und/oder Aramidfasern.

Vorzugsweise weist eine Zell-Druckverteilungslage Wabenstrukturen, insbesondere mit Aramidfasern und/oder einer Metallfolie auf, wobei besonders bevorzugt die Längsachsen der Waben in Richtung des einwirkenden Fremdkörpers angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Waben in Längsrichtung mit einer Deckschicht verschlossen. Vorzugsweise weist die Zell-Druckverteilungslage eine Rippe bzw. Steg auf, welche sich besonders bevorzugt in Richtung eines erwarteten Fremdkörpers erstreckt. Die Zell-Druckverteilungslage ist vorzugsweise nur in vorbestimmten Bereichen des Gehäuses oder der Anordnung angeordnet, besonders bevorzugt in Bereichen, in welchen eine Gefährdung durch einen Fremdkörper mit insbesondere geringer Stirnfläche zu erwarten ist. Vorzugsweise ist eine Zell-Druckverteilungslage zumindest bereichsweise elektrisch leitend ausgebildet, insbesondere mittels einer metallischen Beschichtung und/oder einem Metalldraht. Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest bereichsweise einen Werkstoff aus der nachfolgenden Gruppe auf, welche beinhaltet: eisenhaltige Legierungen, Stahl, Leichtmetalle wie Aluminium, Titan oder Magnesium, Kunststoffe wie insbesondere PP, PA oder PE, welche insbesondere vernetzt sind und welche insbesondere mit Füllstoffen und/oder Geweben/Gelegen versteift sind, ins- besondere mit Glas- und/oder Aramidfasern. Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest bereichsweise eine Wabenstruktur auf, besonders bevorzugt mit Aramidfasern und/oder mit einer Metallfolie, wobei besonders bevorzugt die Längsachsen der Waben in Richtung des einwirkenden Fremdkörpers angeordnet sind.

Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist es vor- gesehen, das Material der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände mit brandhemmenden Additiven oder mit Löschmitteln oder mit Löschmitteladditiven zu versehen, um im Falle eines Brandes einer Zelle eine Löschwirkung möglichst nahe am Brandherd und vorzugsweise auch ohne Einwirkung von außen erzielen zu können.

In diesem Zusammenhang ist unter einem Brand jeder Vorgang zu verstehen, bei dem sich der Energiespeicher oder Teile des Energiespeichers oder seiner Umgebung in einer unerwünschten chemischen Reaktion umwandeln oder zersetzen. Brände in diesem Sinne sind insbesondere exotherme chemische Reaktionen von Bauelementen oder Komponenten eines Energiespeichers oder seiner Umgebung, die häufig in Folge einer Überhitzung des Energiespeichers oder seiner Komponenten auftreten.

Unter einem Löschmittel soll in diesem Zusammenhang ein Stoff oder ein Stoffgemisch verstanden werden, das eine Löschwirkung, also vorzugsweise eine hemmende Wirkung auf Brände ausübt und/oder die Entstehung von Bränden verhindert oder erschwert. Unter einer Löschwirkung soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Wirkung verstanden werden, die einem Brand entgegenwirkt, d.h. die die Folgen oder die Entstehung eines Brandes verhindern oder mildern kann. Wichtige Beispiele für Löschmittel oder ihre bevorzugten Inhaltsstoffe, sind Stoffe, welche einem Brandherd einen chemischen Reaktionspartner entziehen, ohne den der Brand nicht aufrechterhalten werden kann, oder welche eine chemische Reaktion inhibieren, die der Initiation oder Aufrechterhaltung eines Brandes förderlich ist. Löschmittel werden vorzugsweise durch Mischung eines Löschmitteladditivs oder eines brandhemmenden Additivs mit einem Lösungsmittel oder mit einem Trägerstoff hergestellt. Als brandhemmende Additive kommen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so genannte D-Löschpulver (auch: Metallbrandpulver, Metallbrandlöschpulver, M-Pulver) oder ein so genanntes ABC-Löschpulver, also vorzugsweise ein Löschmitteladditiv oder brandhemmendes Additiv in Betracht, das überwiegend aus feinst vermahlenen Ammoniumphosphat und Ammoniumsulfat besteht. In diesem Zusammenhang bevorzugte D-Löschpulver bestehen vorzugsweise hauptsächlich aus feinst vermahlenen Alkalichloriden (häufig Natriumchlorid). Ein besonderes Merkmal dieser Stoffe ist ihre hohe Reaktions- und Temperaturstabilität.

Bevorzugte Lösch mitteladditive oder brandhemmende Additive sind im Zusammenhang mit dieser Erfindung so genannte Gelbildner, die im Zusammenhang mit anderen Materialien, Lösungsmitteln oder Trägerstoffen wie vorzugsweise Wasser vorzugsweise haftfähige und vorzugsweise viskose Gele oder viskoelastische Fluide ausbilden, die sich vorzugsweise durch ihre hohe Haftfähigkeit auf brennenden Objekten und deren Oberflächen auszeichnen. Gelbildner sind bevorzugte Beispiele für Löschmitteladditive, die vorzugsweise auf sogenannten Superabsorbern basieren, und die vorzugsweise als Pulver oder feste Materialien vorgehalten werden oder auch als Emulsionen. Superabsorber können häufig ein Vielfaches ihres Gewichts oder Volumens an Wasser oder einer anderen Trägersubstanz aufnehmen. Gele auf Wasserbasis die durch entsprechende Superabsorber durch Vermischen mit Wasser gebildet werden haben gegenüber herkömmlichen Schaumteppichen den Vorteil, dass eine luftdichte Sperrschicht gebildet wird, die länger bestehen bleibt als bei herkömmlichen Schaumteppichen und die deutlich weniger Wasser an das Brandgut abgibt.

Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem viskoselastischen Fluid ein Fluid verstanden werden, das die Eigenschaft der Viskoselastizität aufweist. Unter einem (idealen) Fluid versteht man eine Substanz, die einer beliebig langsamen Scherung (näherungsweise) keinen Widerstand entgegensetzt. Man unterscheidet kompressible Fluide (Gase) und inkompressible Fluide (Flüssigkeiten). Der übergeordnete Begriff „Fluid" wird verwendet, weil die meisten physikalischen Gesetze für Gase und Flüssigkeiten (näherungsweise) gleichermaßen gelten und sich viele ihrer Eigenschaften nur quantitativ, aber nicht grundsätzlich qualitativ voneinander unterscheiden. Reale Fluide können aufgrund ihres Verhaltens eingeteilt werden in „newtonsche Fluide" mit der sie beschreibenden Strömungsmechanik und nicht-newtonsche Fluide mit der sie beschreibenden Rheologie. Der Unterschied besteht hier im Fließverhalten des Mediums, das durch den funktionalen Zusammenhang von Schubspannung bzw. Scherspannung und Verzerrungsgeschwindigkeit bzw. Schergeschwindigkeit beschrieben wird.

Als Viskoselastizität bezeichnet man die zeit-, temperatur- und/oder frequenzabhängige Elastizität von Fluiden wie z.B. von polymeren Schmelzen oder Fest- körpern, wie beispielsweise Kunststoffen. Die Viskoselastizität ist durch ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Verhalten geprägt. Das Material kehrt nach Entfernen einer von außen einwirkenden Kraft nur unvollständig in seinen Ausgangszustand zurück; die verbleibende Energie wird in Form von Fließvorgängen abgebaut.

Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem Gel ein feindisperses System aus mindestens einer ersten, häufig festen und mindestens einer zweiten, häufig flüssigen Phase verstanden werden. Ein Gel stellt häufig ein Kolloid dar. Die feste Phase bildet dabei ein schwamm- artiges, dreidimensionales Netzwerk, dessen Poren durch eine Flüssigkeit oder auch durch ein Gas ausgefüllt sind. Beide Phasen durchdringen sich dabei häufig vollständig. Als Kolloide werden Teilchen oder Tröpfchen bezeichnet, die in einem anderen Medium (Feststoff, Gas oder Flüssigkeit), dem Dispersionsmedium, fein verteilt sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv ein Feststoff oder ein elastisch verformbares Material ist oder in einem solchen Material enthalten ist. Der Begriff des Feststoffes soll in diesem Zusammenhang auch gepresste Aggregationen aus Pulvern oder Schaumstoffen, vorzugsweise elastisch verformbare Schaumstoffen, umfassen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv als Abstandhalter oder Kantenschutzplatten zwischen je zwei benachbarten elektrochemischen Zellen oder zwischen einer elektro- chemischen Zelle und einer Gehäusewand angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv ein Mehrfaches seines Volumens an Wasser aufnehmen kann oder enthält. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang Löschmittel auf der Basis von Gelbildnern, vorzugsweise solche, die Löschmitteladditive auf der Basis von so genannten Superabsorbern enthalten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Polymer vorzugsweise ein Copolymer, besonders vorzugsweise einen Acrylamid-Copolymer oder einen Natriumacrylat- Copolymer enthält. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens einen Fettsäure-Ester enthält.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Tensid enthält. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Gemisch oder eine Emulsion aus Wasser und wenigstens einem Fettsäureester, wenigstens einem Polymer, vorzugs- weise einem Copolymer, besonders vorzugsweise einem Acrylamid-Copoiymer oder einem Natrium-Acrylat-Copolymer enthält.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel ein Gemisch oder eine. Emulsion aus ca. 28% wenigstens eines Polymers, ca. 6% wenigstens eines Tensids, ca. 23% wenigstens eines Esteröls und ca. 43% Wasser enthält.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem Löschmitteladditiv in Verbindung mit Wasser verwendet wird und ein Gemisch oder eine Emulsion aus ca. 50% wenigstens eines Polymers, ca. 10% wenigstens eines Tensids und ca. 40% wenigstens eines Esteröls enthält. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Trägersubstanz, mit der sich das Löschmitteladditiv zu einem Löschmittel vermischen kann, ein Kühlmittel, welches durch einen im Normalbetrieb des Energiespeichers geschlossenen Kühlmittelkreislauf strömt, der so ausgestaltet ist, dass das Kühlmittel im Brandfall an bestimmten Stellen aus dem geschlossenen Kühl- mittelkreislauf austreten und an diesen Stellen eine Löschwirkung entfalten kann. Auf diese Weise kann die Löschwirkung gezielt an bestimmten Stellen entfaltet werden, die von einem Brand betroffen sind; gleichzeitig kann die Wirkung als Kühlmittel erhalten bleiben. Unter einem Kühlmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung soll ein strömungsfähiges Material, vorzugsweise ein gasförmiges oder flüssiges Wärmetransportmedium verstanden werden, das Wärme aus seiner Umgebung aufnehmen, diese Wärme durch Strömung transportieren, und diese Wärme auch an seine Umgebung abgeben kann, und das aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften geeignet ist, Wärme durch Wärmeleitung und/oder Wärmetransport über aerodynamische oder hydrodynamische Ströme, insbesondere auch über Konvektionsströme, im Wärmetransportmedium zu transportieren. Wichtige Beispiele für allgemein in der Technik verwendete Wärmetransportmedien sind beispielsweise Luft oder Wasser oder andere gebräuchliche Kühlmittel. Je nach dem Anwendungszusammenhang sind auch andere Gase oder Flüssigkeiten gebräuchlich, etwa chemisch inerte (wenig reaktionsfähige) Gase oder Flüssig- keiten, wie beispielsweise Edelgase oder verflüssigte Edelgase oder Stoffe mit hoher Wärmekapazität und/oder Wärmeleitfähigkeit.

Unter einem strömungsfähigen Material soll in diesem Zusammenhang jedes Material verstanden werden, in dem sich eine Strömung im aero- oder hydro- dynamischen Sinne ausbilden kann, oder in dem eine solche Strömung aufrecht erhalten werden kann. Beispiele für solche Materialien sind insbesondere Gase und Flüssigkeiten. Aber auch in einem Gemisch aus Flüssigkeiten bzw. Gasen und feinverteilten Festkörpern, sog. Aerosolen, oder in kolloidalen Lösungen können Strömungen in diesem Sinne aufrecht erhalten werden oder entstehen.

Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Stabilisierung des Kühlmitteldrucks bei einem stellenweisen Austreten des Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreislauf im Brandfall auf. Diese Ausführungsform der Erfindung kann mit einer weitgehenden oder vollständigen Erhaltung des Kühlmitteldrucks und damit der Kühlwirkung verbunden sein, wenn das Kühlmittel stellenweise aus dem Kühlkreislauf austritt, um an diesen Stellen seine Löschwirkung zu entfalten.

Das stellenweise Austreten des Kühlmittels im Brandfall wird dabei vorzugs- weise durch Ventile mit einem vorzugsweise mechatronischen oder sensorischen Auslösemechanismus bewirkt. So ist es möglich, ein Löschmittel im Brandfall gezielt auf eine durchgehende Zelle aufzubringen und so den so genannten Kaskadeneffekt zu verhindern.

Bevorzugt ist auch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Wasser als Kühlmittel verwendet wird, und bei dem dieses Kühlmittel durch einen im Normalbetrieb des Energiespeichers geschlossenen Kühlkreislauf strömt, der so ausgestaltet ist, dass das Wasser im Brandfall an bestimmten Stellen aus dem geschlossenen Kühlmittelkreislauf austreten kann und beim Austreten aus dem Kühlmittelkreislauf mit einem Löschmitteladditiv vermischt wird, wobei ein Gel oder ein viskoselastisches Fluid gebildet wird.

Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung eines Löschmitteladditivs bestehend aus einem Gemisch aus wenigstens einem Polymer, wenigstens einem Tensid und wenigstens einem Esteröl.

Besonders bevorzugt ist ferner ein Additiv bestehend aus einem Gemisch aus ca. 50% wenigstens eines Polymers, ca. 10% wenigstens eines Tensids und ca. 40% wenigstens eines Esteröls. Bei der Bemessung der Mischungsverhältnisse ist vorzugsweise zu berücksichtigen, dass die vorteilhaften Wirkungen des Kühl- und Löschgemisches oder des Additivs auf der Viskoselastizität des Kühl- und Löschgemisches und auf seiner Fähigkeit, Wasser zu binden, beruhen. Hierdurch kann die Adhäsionskraft des Kühlmittels auch an glatten Flächen erhöht werden. Die Flüssigkeit fließt nicht ungenutzt ab.

Insbesondere bei Gemischen aus Polymeren, Esterölen, Tensiden und Wasser führt eine geeignete Bemessung der Mischungsverhältnisse unter dem Einfluss von kinetischer Energie zu einer wesentlichen Reduktion der Viskosität als im Ruhestadium. Hierdurch kann ein derartiges Gemisch mit niedriger Viskosität durch einen Kühlkreislauf strömen und gleichzeitig bei seinem Austritt an einer Brandstelle aus diesem Kühlkreislauf eine hohe Viskosität aufweisen. Die Fließfähigkeit solcher Gemische ist also hauptsächlich von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig.

Durch die chemisch-physikalische Einbindung der Flüssigkeit in eine Gelstruktur kann die Verdunstungsrate der Flüssigkeit auch bei höheren Temperaturen beträchtlich reduziert werden. Hierdurch kann der Flüssigkeitsverbrauch erheblich reduziert werden. An der Brandstelle kann die in eine Gelstruktur eingebundene Flüssigkeit durch die verhältnismäßig hohe Schichtdicke und die reduzierte Verdunstungsgeschwindigkeit eine erhöhte Kühlwirkung entfalten. Dieser Effekt ist bei der Bekämpfung von Bränden mit sehr hohen Temperaturen von besonderer Bedeutung.

Das Löschmitteladditiv hat bei einigen bevorzugten Ausführungsformen vorzugsweise die Form eines Gemisches bestehend aus P Gew.-% wenigstens eines Polymers, T Gew.-% wenigstens eines Tensids und E Gew.-% wenigstens eines Esteröls, bezogen auf die Gesamtmenge des Additivs, wobei gilt:

45 < P < 55,

8 < Γ < 12, und Ρ + Γ + £ = 100

35 < £ < 45 Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist es vorgesehen, dass in wenigstens einer der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände wenigstens eine wärmeleitende oder wärmetransportierende Struktur eingelassen ist. Dabei kann es sich vorzugsweise um eine Anordnung von Kühlkanälen, von Wärmeleitern oder von Wärmerohren handeln. Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebstemperatur der elektrochemischen Zellen zu stabilisieren und auf diese Weise zu einem möglichst effizienten und sicheren Betrieb der elektrochemischen Zellen beizutragen.

Die wärmeleitenden oder wärmetransportierenden Strukturen sind vorzugsweise Kühlkanäle, Drähte oder ähnliche Strukturen in Kammform oder in YO-Form, die vorzugsweise axial und breitbeinig angeordnet sind. Durch diese bevorzugten Ausführungsformen kann erreicht werden, dass der Gehäuseblock oder die gesamte Anordnung mechanisch stabilisiert und gehalten wird, und dass die Kühlung stoffseitig an die Zellen herangeht und die Funktion eines tragenden Elements hat, das vibrationshemmend wirkt. Bevorzugte Materialien sind in diesem Zusammenhang C-Fasern, Kupfer, Wärmeleitfolien oder Kühlrippen.

Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände einen vorzugsweise gasgefüllten Hohlraum aufweist. Solche Hohlräume dienen vorzugsweise dazu, ein Ausdehnen der elektrochemischen Zellen im laufenden Betrieb zu ermöglichen und die damit verbundene Volumenvergrößerung der Zellen aufzunehmen, um nachteilige Effekte solcher Volumenzunahmen einzelner Zellen auf benachbarte Zellen zu ver- meiden oder vermindern.

Erfindungsgemäß ist ferner einer Anordnung mit einer Mehrzahl von flachen elektrochemischen Zellen mit einer wenigstens bereichsweise am Rand der Zellen verlaufenden Siegelnaht und mit einem oben beschriebenen Gehäuse vorgesehen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Siegelnähte der Zellen wenigstens bereichsweise und wenigstens teilweise in die Einschnitte in den Gehäusewänden und/oder in den Gehäuseseitenwänden eingelassen sind.

Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ist es vorgesehen, dass die Zellen durch einen Reibschluss zwischen den Zellen und wenigstens einer der Gehäusewände, Gehäusezwischenwände oder Gehäuseseitenwände in dem Gehäuse gehalten werden.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses oder einer Anordnung gemäß der Erfindung vorgesehen, bei dem das Gehäuse ganz oder teilweise aus einem Strang geschnitten wird. Die Merkmale der beschriebenen und weiter Ausführungsformen der Erfindung können in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden, wodurch dem Fachmann weitere Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung stehen, die hier nicht abschließend und vollständig beschrieben werden können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 in schematischer Weise eine erste Ausführungsform einer flachen elektrochemischer Zelle;

Fig. 2 in schematischer Weise eine zweite Ausführungsform einer flachen elektrochemischen Zelle; Fig. 3 in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Anordnung einer

Mehrzahl von elektrochemischen Zellen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungs- beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung; und

Fig. 5 in schematischer Weise ein Schnittbild eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Anordnung. Figur 1 zeigt in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel einer flachen elektrochemischen Zelle 2, bei der die Abieiter 6a und 6b, also die elektrischen Anschlüsse der Zelle an gegenüberliegenden Enden der Zelle aus der Umhüllung bzw. Verpackung der Zelle herausgeführt sind. Die Verpackung oder Umhüllung der elektrochemischen Zelle ist an der Seite mit Hilfe einer Siegelnaht 3 geschlossen, die beispielsweise durch einen Heißversiegelungs- schritt oder ähnliche Prozessschritte gebildet wird, bei der beispielsweise die mehreren Schichten der Verpackungsfolie miteinander stoffflüssig verbunden werden, sodass ein Stoffaustausch zwischen dem Inneren der elektrochemischen Zelle und ihrer Umgebung praktisch ausgeschlossen ist.

Wie in der Figur 1 dargestellt, ist die Siegelnaht 3 regelmäßig erheblich dünner als der eigentliche Körper der elektrochemischen Zelle. Hierdurch eignet sich die Siegelnaht dazu, in einen Einschnitt in einer Gehäusewand eines erfindungsgemäßen Gehäuses zur Aufnahme einer oder mehrerer derartiger elektrochemischer Zellen eingelassen zu werden. Figur 2 zeigt in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer flachen elektrochemischen Zelle, bei der die Ableiter 6a und 6b am selben Ende aus dem Rand der Umhüllung oder Verpackung der elektrochemischen Zelle herausgeführt sind. Da bei diesem Ausführungsbeispiel der flachen elektrochemischen Zelle am gegenüberliegenden Ende keine Ableiter aus dem Randbereich der Zelle 2 herausgeführt werden, ist die Breite der Siegelnaht 3 an diesem gegenüberliegenden Ende schmaler als an dem Ende, aus dem die Ableiter 6a und 6b herausgeführt sind. Deshalb eignen sich nicht nur die seitlichen Bereiche der Siegelnaht 3 sondern auch der den Abieitern gegenüberliegende Bereich der Siegelnaht 3 dazu, in einen Einschnitt in einer Wand eines erfindungsgemäßen Gehäuses eingelassen zu werden. Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem Ende der Zelle, indem die Ableiter aus dem Randbereich herausgeführt sind, und an dem die Siegelnaht entsprechend breiter ist, kreisförmige Durchbrüche 7 durch die Siegelnaht vorgesehen, die zur Befestigung der Zelle dienen können.

Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der elektrochemischen Zelle eignet sich daher vornehmlich für Gehäuseformen bei denen 2 gegenüber liegende Gehäuseseitenwände des erfindungsgemäßen Gehäuses Einschnitte aufweisen, in denen die Siegelnaht 3 eingelassen werden kann, wogegen dass in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer elektrochemischen Zelle sich in besonderer Weise dafür eignet, mit seiner Siegelnaht 3 nicht nur in Einschnitte in den beiden Seitenwänden sondern auch in einen Einschnitt in der Bodenplatte eines Gehäuses eingelassen zu werden.

Die Figur 3 zeigt in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit zwei gegenüber liegenden Gehäuseseitenwänden 4, die Einschnitte 5 aufweisen, in welche die Siegelnähte 3 einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen 2 mit Abieitern 6 eingelassen sind. Zwischen den elektrochemischen Zellen sind Gehäusezwischenwände 8 angeordnet. Eine perspektivische Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 zeigt in schematischer Weise die Figur 4, bei der elektrochemische Zellen der in Figur 2 gezeigten Bauweise, bei der die Abieiter an dem selben Ende der galvanischen Zelle aus dem Wandbereich herausragen mit ihren Siegelnähten 3 in die Einschnitte 5 der Gehäuseseiten- wände 4 des Gehäuses 1 eingelassen sind.

Figur 5 zeigt in schematischer Weise eine Vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der eine elektrochemische Zelle 2 mit ihren Siegelnähten 3 in Einschnitte 5 zweier gegenüber liegenden 4 eines Gehäuses eingelassen ist.

Die Darstellungen in den Figuren sind vorzugsweise schematisch und insbesondere häufig nicht unbedingt maßstabsgetreu. Die vorliegende Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele bieten die vorteilhafte Möglichkeit, auf eine Rahmenkonstruktion für elektromagnetische Zellen zu verzichten und die Zellen stattdessen mit ihrer Siegelnaht direkt in ein erfindungsgemäßes Gehäuse einzufügen. Vorteilhaft ist dabei insbesondere auch, dass die Siegelnaht der elektrochemischen Zellen bei entsprechender Wahl des Gehäusematerials, das vorzugsweise aus einem kompressiblen und elastischen Material, besonders vorzugsweise aus einem Schaumkunststoffmaterial besteht zu schonen. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, das bei einigen Aus- führungsformen der Erfindung die Zelle durch einen Reibschluss über die gesamte Fläche gehalten werden und dadurch zusätzlich entlastet werden kann. Insbesondere diejenigen Ausführungsformen der Erfindung, die auf entsprechende Materialien und/oder auf die Möglichkeit zur Verwendung von Gehäusezwischenwänden zurückgreifen bieten zusätzlichen Schutz vor mechanischen Einwirkungen auf die Zellen, beispielsweise vor den Auswirkungen unerwünschter Schwingungen.

Bei Verwendung eines kompressiblen Materials für die Gehäuse bzw. Gehäuse- wände, insbesondere Gehäuseseitenwände, Gehäusebodenplatten oder Gehäusezwischenwände, vorzugsweise eines Schaumkunststoffs ist die vorteilhafte Möglichkeit gegeben, dass die elektrochemischen Zellen ihr Volumen ausdehnen können, ohne das hierdurch unerwünschte Einflüsse auf benachbarte Zellen oder anderweitige Schäden zu befürchten sind. Außerdem können Fertigungstoleranzen bei der Herstellung von elektrochemischen Zellen durch geeignet ausgeführte Ausführungsbeispiele der Erfindung gut kompensiert werden. Bei entsprechender Materialwahl sind erhebliche Gewichtseinsparungen gegenüber Batterien möglich, bei denen die elektrochemischen Zellen durch Rahmenkonstruktionen gehalten werden.

In die Gehäusezwischenwände können bei denjenigen Ausführungsformen, welche solche Zwischenwände vorsehen, beispielsweise Drahtelemente in diese Gehäusezwischenwände eingelassen werden. Dies ist beispielsweise dann besonders vorteilhaft möglich, wenn die Gehäusezwischenwände aus einem Schaumkunststoffmaterial bestehen. Neben Drahtelementen können jedoch auch andere Wärmeleitmittel oder Wärmetransportmittel in die Gehäusezwischenwände oder auch in andere Gehäusewände eingelassen werden.

Sofern die erfindungsgemäßen Gehäuse oder Teile dieser Gehäuse aus Schaumstoffmaterial gefertigt werden, können solche Schaumstoffblöcke kostengünstig als Endlosware oder als Strang kostengünstig produziert und nach Bedarf passend zugeschnitten werden.