Aufladbarer Energiespeicher Die Erfindung betrifft einen aufladbaren Energiespeicher, welcher entweder als elektrochemischer Energiespeicher, mit einem Gehäuse, in dem eine positive Elektrode und eine nega ^¬ tive Elektrode, zwischen denen sich ein Elektrolyt befindet, aufgenommen sind, ausgebildet ist, oder als Kondensatormodul, mit einer Mehrzahl von miteinander verschalteten Zellen von Doppelschicht-Kondensatoren und/oder Hybridkondensatoren, ausgebildet ist.

Aufladbare Energiespeicher sind in einer Vielzahl unter- schiedlicher Ausführungsformen bekannt und können beispielsweise als elektrochemischer Energiespeicher, mit einem Gehäuse, in dem eine positive Elektrode und eine negative Elektro ^¬ de, zwischen denen sich ein Elektrolyt befindet, aufgenommen sind, oder als Kondensatormodul, mit einer Mehrzahl von mit- einander verschalteten Zellen von Doppelschicht-Kondensatoren und/oder Hybridkondensatoren, ausgebildet sein.

Die nachfolgenden Ausführungen betreffen einen als elektrochemischen Energiespeicher ausgebildeten aufladbaren Energie- Speicher.

Beim Laden und Entladen elektrochemischer Energiespeicher, insbesondere bei Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wird Wärme freigesetzt, wobei die abgege- bene Wärmeleistung von der elektrischen Belastung abhängt.

Die Lebensdauer derartiger elektrochemischer Speicher ist stark temperaturabhängig, beim Laden und Entladen darf eine bestimmte Temperaturgrenze nicht überschritten werden, da die Lebensdauer des elektrochemischen Energiespeichers ansonsten bereits bei geringer Überschreitung stark abnimmt. Eine Temperaturerhöhung um 10 K kann zu einer Verringerung der Lebensdauer auf die Hälfte führen. Es wird daher angestrebt, die Temperatur der elektrochemischen Energiespeicher möglichst niedrig zu halten. Bei den meisten Anwendungen sind mehrere elektrochemische Energiespeicher zu einem Modul mit ^¬ einander verschaltet. Die Alterung und Degradation einzelner Energiespeicher hängt von den lokalen Bedingungen, zum Beispiel der Temperatur, ab, ebenso wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit des Alterungsprozesses lokal von Energiespei ^¬ cher zu Energiespeicher unterschiedlich sein kann. Wenn innerhalb eines Energiespeichermoduls ein einziger Energiespei- eher besonders stark degradiert ist, kann dies zu einer uner ^¬ wünschten Verringerung der Leistung und Kapazität des gesamten Energiespeichermoduls führen.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurden bereits Vorschläge zur Temperierung von elektrochemischen Energiespeichern gemacht. Typischerweise ist dabei eine aktive Kühleinrichtung vorgesehen, um mit einem Gas oder einer Flüssigkeit als Kühlmittel die beim Laden oder Entladen entstehende Wärme abzu ^¬ führen. Derartige Kühleinrichtungen sind jedoch aufwändig, benötigen eine eigene Energieversorgung und vergrößern in nachteiliger Weise den Platzbedarf. Für viele Anwendungen sind sie daher nicht besonders praxistauglich. Alternativ sind auch passive Kühleinrichtungen bekannt, bei denen die abgegebene Wärme über Kühlkörper oder Kühlflächen abgeführt wird. Durch derartige passive Maßnahmen kann allerdings nur ein begrenzter Wärmestrom abgeführt werden, bei hohen elektrischen Leistungen, die zum Beispiel bei der Schnellladung von elektrochemischen Energiespeichern auftreten, kann die entstehende Verlustwärme nicht lediglich durch passive Kühl- einrichtungen abgeführt werden, sodass eine Überschreitung der Temperaturgrenzen droht.

In der US 2003/0054230 AI wird ein Batteriesystem mit einem System zur Temperaturkontrolle beschrieben. Das Batteriesys- tem besteht aus einer Vielzahl von Einzelzellen, die in einem Gehäuse aufgenommen und miteinander verschaltet sind. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Zellen im Inneren des Gehäuses sind mit einem Phasenwechselmaterial ausgefüllt, das zumindest einen Teil der von den einzelnen Zellen abgegebenen Wärme absorbiert. Auf diese Weise sollen Temperaturunter ^¬ schiede zwischen einzelnen Zellen verringert werden, sodass der Alterungsprozess gleichmäßiger verläuft.

Aus der DE 103 58 582 AI ist eine Batterie mit Mitteln zum Wärmetransport mit mehreren, in einem Gehäuse angeordneten, Batteriezellen bekannt. Die Batteriezellen umfassen eine Puppe, die von einem Zellmantel 11 umgeben ist und mit diesem in vorgebbarer Weise in Verbindung steht. Dabei bilden die Puppe und der Zellmantel Mittel zur Wärmeableitung.

Die nachfolgenden Ausführungen betreffen einen als Kondensatormodul ausgebildeten aufladbaren Energiespeicher.

Doppelschicht-Kondensatoren (DLC-Kondensatoren) , die auch als elektrochemische Doppelschicht-Kondensatoren (EDLC) oder Su- perkondensatoren bezeichnet werden, sind Kondensatoren mit besonders hoher Energiedichte, die Energie wird dabei elek- trostatisch gespeichert. Diese Kondensatoren zeichnen sich durch eine hohe gewichtsbezogene Leistung aus und können als Energiespeicher eingesetzt werden, wenn kurzzeitig ein hoher Strom benötigt oder abgegeben wird. Wenn das aus einer Vielzahl von Zellen bestehende Kondensatormodul geladen oder ent- laden wird, wird innerhalb der einzelnen Zellen Wärme freige ^¬ setzt, wobei die Wärmeleistung von der elektrischen Beanspruchung abhängt .

Die zellenartige Verschaltung mehrerer Doppelschicht-Konden- satoren und/oder Hybridkondensatoren, wobei die einzelnen

Doppelschicht-Kondensatoren und/oder Hybridkondensatoren als einzelne Zellen betrachtet werden können, führt ähnlich wie die Verschaltung mehrerer Batteriezellen einer Batterie zu einer höheren Energiedichte eines als Kondensatormodul gebil- deten Energiespeichers.

Unter Hybridkondensatoren sind üblicherweise Kondensatoren mit aus unterschiedlichen Materialien gebildeten und/oder aufgebauten Elektroden (sogenannten Kompositelektroden) zu verstehen .

Die Lebensdauer der Zellen der Doppelschicht-Kondensatoren oder Hybridkondensatoren, die das Kondensatormodul bilden, ist stark temperaturabhängig. Eine bestimmte Temperaturgrenze, die beispielsweise 80 °C betragen kann, darf nicht über ^¬ schritten werden, da ansonsten die Lebensdauer bereits bei geringer Überschreitung stark abnimmt. Es wird daher ange- strebt, die Temperatur innerhalb der Zellen möglichst niedrig zu halten. Die Alterung und Degradation einzelner Zellen hängt von den lokalen Bedingungen, zum Beispiel der Temperatur, ab, ebenso ist die Geschwindigkeit des Alterungsprozes ^¬ ses lokal von Zelle zu Zelle unterschiedlich. Bereits inner- halb einer Zelle können Temperaturunterschiede von mehreren

Kelvin auftreten, höhere Temperaturunterschiede können inner ^¬ halb eines Kondensatormoduls entstehen. Es ist daher schwie ^¬ rig, die geforderten Temperaturgrenzen für einzelne Zellen eines Kondensatormoduls einzuhalten.

Herkömmliche Mittel zur Temperierung der Zellen können vorsehen, dass ein Kühlmittel, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, das Kondensatormodul von außen umströmt, weiter ^¬ hin könnte ein Mittel zur Temperierung der Zellen Kühlkörper aufweisen. Problematisch ist dabei jedoch, dass mit herkömmlichen Kühlmethoden nicht die geforderte gleichmäßige Tempe ^¬ rierung der Zellen erreicht werden kann, da die Temperaturverteilung stark von der Position und den Einbaubedingungen der Zellen in dem Kondensatormodul abhängt.

Aus der US 2007/0218353 AI ist ein Energiespeicher in Form eines Kondensatormoduls mit mehreren zellenartig verschalte ^¬ ten Kondensatoren und einem Mittel zur Temperierung der Kondensatoren bekannt. Die Kondensatoren liegen hier als Doppel- Schichtkondensatoren vor.

Mithin werden bei aufladbaren Energiespeichern grundsätzlich große Anforderungen an die Kühlung gestellt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aufladbaren Energiespeicher mit einer verbesserten Kühlung anzugeben, bei dem insbesondere die Gefahr einer temperaturbedingten Degra- dation verringert ist bzw. mit dem die Einhaltung der Tempe ^¬ raturgrenze erleichtert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem aufladbaren Energiespeicher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgese- hen, dass , wenn der aufladbare Energiespeicher als elektro ^¬ chemischer Energiespeicher ausgebildet ist, zur Temperierung des Energiespeichers in dem Gehäuse ein Phasenwechselmaterial angeordnet ist, das zumindest einen Teil der von dem Energie ^¬ speicher beim Laden oder Entladen abgegebenen Wärme absor- biert, oder, wenn der aufladbare Energiespeicher als Kondensatormodul ausgebildet ist, zur Temperierung der Zellen ein mit den Zellen in Kontakt stehendes Phasenwechselmaterial aufweist, das zumindest einen Teil der von den Zellen abgege ^¬ benen Wärme absorbiert.

Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Phasenwechselmaterial kann temporär eine interne Kühlung eines aufladbaren Energiespeichers in Form eines elektrochemischen Energiespeichers erzielt werden. Dadurch ergibt sich eine Vergleichmäßigung der Temperaturen innerhalb des Energiespeichers, wodurch die Einhaltung der festgelegten Temperaturgrenze erleichtert wird. Insbesondere können durch die Wirkung des Phasenwech- selmaterials Temperaturspitzen verringert werden, ohne dass dazu ein hoher baulicher Aufwand erforderlich wäre. Ein wei- terer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Strom der abgeführten Wärme zeitlich geglättet wird, sodass der dafür erforderliche apparative und energetische Aufwand sinkt. Der erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher eignet sich besonders gut für solche Anwendungen, bei denen während eines kurzen Zeitraums hohe Leistungen vorhanden sind. Durch das Phasenwechselmaterial, das die von dem elektrochemischen Energiespeicher abgegebene Wärme zumindest teilweise absor ^¬ biert, kann der Energiespeicher bei derartigen Anwendungen mit hohen Leistungsanforderungen eingesetzt werden. Da durch das vorgesehene Phasenwechselmaterial die thermische Trägheit des elektrochemischen Energiespeichers erhöht wird, wird die Gefahr eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) ver- ringert.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Phasen ^¬ wechselmaterial nicht nur in einem aus mehreren Energiespei ^¬ chern bestehenden Energiespeichermodul in dessen Freiräumen eingesetzt werden kann. Stattdessen ist erfindungsgemäß vor ^¬ gesehen, dass jeder einzelne elektrochemische Energiespeicher eines Energiespeichermoduls das Phasenwechselmaterial in sei ^¬ nem Inneren aufweisen kann. In vorteilhafter Weise werden Temperaturgradienten innerhalb des Energiespeichers verrin- gert, wodurch sich die Lebensdauer des Energiespeichers ver ^¬ längert .

Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Phasenwechselmaterial kann zudem temporär eine interne Kühlung einzelner Zellen des erfindungsgemäßen aufladbaren Energiespeichers in Form eines Kondensatormoduls erzielt werden. Dadurch ergibt sich eine Vergleichmäßigung der Temperaturen innerhalb einer Zelle und den Zellen eines Kondensatormoduls, wodurch die Einhaltung der festgelegten Temperaturgrenze erleichtert wird. Insbeson- dere können durch die Wirkung des Phasenwechselmaterials Tem ^¬ peraturspitzen verringert werden, ohne dass dazu ein hoher baulicher Aufwand erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Strom der abgeführten Wärme zeitlich geglättet wird, sodass der dafür erforderliche apparative und energetische Aufwand sinkt. Das erfindungsgemäße Kondensator ^¬ modul eignet sich besonders gut für solche Anwendungen, bei denen die Zellen während eines kurzen Zeitraums durch hohe Leistungen beaufschlagt werden. Durch das Phasenwechselmate ^¬ rial, das die von den Zellen abgegebene Wärme absorbiert, kann das Kondensatormodul bei derartigen Anwendungen mit ho ^¬ hen Leistungsanforderungen eingesetzt werden. Da durch das vorgesehene Phasenwechselmaterial die thermische Trägheit des Kondensatormoduls erhöht wird, wird die Gefahr eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) verringert. Die nachfolgenden Ausführungen betreffen die erfindungsgemäße Ausführungsform eines als elektrochemischen Energiespeicher ausgebildeten aufladbaren Energiespeichers.

Bei dem erfindungsgemäßen aufladbaren elektrochemischen Ener- giespeicher kann es vorgesehen sein, dass das Phasenwechselmaterial mikroverkapselt ist. Durch die Mikroverkapselung wird sichergestellt, dass das Phasenwechselmaterial keine chemischen Reaktionen mit anderen Bestandteilen des elektrochemischen Energiespeichers eingeht, gleichzeitig wird das Phasenwechselmaterial durch die Mikroverkapselung geschützt, sodass es seine Funktion dauerhaft erfüllen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen aufladbaren elektrochemischen Energiespeicher wird es besonders bevorzugt, dass die Größe der Mikrokapseln des Phasenwechselmaterials zumindest näherungs ^¬ weise mit der Porengröße des Aktivmaterials der positiven oder der negativen Elektrode übereinstimmt. Das Phasenwechselmaterial kann dabei in das Aktivmaterial integriert sein. Somit kann das Phasenwechselmaterial exakt an der Stelle platziert werden, an der die Wärme entsteht.

Eine Variante des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers sieht vor, dass der Energiespeicher gewickelt ist. Bei dieser Anordnung wechseln sich Schichten des Aktiv- materials der positiven Elektrode und des Aktivmaterials der negativen Elektrode ab, zwischen denen sich ein Elektrolyt und ein Separator befindet. Bei einem gewickelten elektrochemischen Energiespeicher kann das Phasenwechselmaterial in Freiräumen im Gehäuse und/oder im Aktivmaterial angeordnet bzw. eingebettet sein. Es ist besonders vorteilhaft, dass sich die Außenabmessungen des aufladbaren elektrochemischen Energiespeichers trotz des verwendeten Phasenwechselmaterials nicht verändern. Eine Variante des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers sieht vor, dass das Phasenwechselmaterial im Zentrum der Wicklung angeordnet ist. Bei herkömmlichen gewi- ekelten elektrochemischen Energiespeichern befindet sich im Zentrum der Wicklung durch einen Wickeldorn ein Hohlraum. Erfindungsgemäß kann dieser Hohlraum mit Phasenwechselmaterial ausgefüllt sein, um ein gleichmäßigeres Temperaturprofil in dem elektrochemischen Energiespeicher zu erzeugen.

Alternativ oder zusätzlich kann es bei dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicher vorgesehen sein, dass das Phasenwechselmaterial an einer oder beiden Stirnseiten der Wicklung angeordnet ist, vorzugsweise zwischen einer Elektro- de und einem Separator. An dieser Stelle befindet sich bei herkömmlichen elektrochemischen Energiespeichern ein Hohlraum, der erfindungsgemäß mit dem Phasenwechselmaterial aus ^¬ gefüllt sein kann. Das Phasenwechselmaterial kann an einer Stirnseite oder an beiden, gegenüberliegenden Stirnseiten des elektrochemischen Energiespeichers angeordnet sein. Neben ei ^¬ ner besseren Temperaturverteilung ergibt sich der Vorteil, dass der elektrochemische Energiespeicher durch das enthalte ^¬ ne Phasenwechselmaterial mechanisch stabiler ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Phasenwechselmaterial bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicher zusätzlich oder alternativ zwischen der Innenseite des Gehäuses und der Wicklung angeordnet sein. Dieser rohrförmige Randbereich des elektrochemischen Energiespeichers ist bei herkömmlichen Energiespeichern hohl ausgebildet, erfindungsgemäß befindet sich dort das Phasenwechselmaterial, das von dem Energiespei ^¬ cher abgegebene Wärme ganz oder teilweise absorbiert.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen aufladbaren elektro- chemischen Energiespeichers sieht vor, dass das Phasenwech ^¬ selmaterial zusätzlich an der Außenseite einer keine Aktiv ^¬ schicht aufweisenden Elektrode angeordnet ist. An dieser Stelle kann das Phasenwechselmaterial an der Außenseite der Wicklung angeordnet sein und den Separator zwischen den beiden Elektroden, die keine Aktivschichten tragen, ersetzen. Das Phasenwechselmaterial kann an dieser Stelle eingesetzt werden, sofern die Elektroden keine beidseitig beschichteten Abieiter aufweisen.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass das Phasenwechselmaterial bei dem erfindungsgemäßen aufladbaren elektrochemischen Energiespeicher zwischen der Innenseite eines Gehäu- sedeckels und der Wicklung und/oder der Innenseite eines Ge ^¬ häusebodens und der Wicklung angeordnet ist. An dieser Stelle befinden sich bei herkömmlichen elektrochemischen Energiespeichern Hohlräume, die erfindungsgemäß mit Phasenwechselma ^¬ terial gefüllt sein können.

Um die Menge des in dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicher aufgenommenen Phasenwechselmaterials zu erhö ^¬ hen, kann es vorgesehen sein, dass das Phasenwechselmaterial zwischen der Innenseite eines Gehäusedeckels und einem an der Stirnseite der Wicklung angeordneten Isolationsring angeordnet ist. Dieser im Wesentlichen scheibenförmige Hohlraum, der sich an der Oberseite des elektrochemischen Energiespeichers befindet, an der die Anschlüsse vorgesehen sind, ist norma ^¬ lerweise ebenfalls hohl, erfindungsgemäß kann auch dort Pha- senwechselmaterial angeordnet sein. Der aufladbare elektro ^¬ chemische Energiespeicher eignet sich in besonders guter Wei ^¬ se zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Temperaturprofils, wenn er als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet ist. Bei derartigen Akkumulatoren ist die Einhaltung von Temperatur- grenzen besonders wichtig, da ansonsten eine schnelle Degra ^¬ dation zu befürchten ist, die mit einem Leistungs- oder Kapa ^¬ zitätsverlust und einer verringerten Lebensdauer einhergeht.

Bei dem aufladbaren elektrochemischen Energiespeicher kann das Aktivmaterial der negativen Elektrode Graphit umfassen, in dem das Phasenwechselmaterial aufgenommen ist. Durch die Mikroverkapselung des Phasenwechselmaterials kann dieses di ^¬ rekt in das Aktivmaterial eingebracht sein. Bei dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicher kommen die folgenden Phasenwechselmaterialien in Frage: Paraffine, Salzhydrate, Gashydrate. Es ist auch möglich, mehre- re unterschiedliche Phasenwechselmaterialien miteinander zu kombinieren, um ein bestimmtes Wärmeabsorptionsverhalten zu erzeugen .

Es wird besonders darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Möglichkeiten der Anordnung des Phasenwechselmaterials auch in Kombination vorliegen können.

Die nachfolgenden Ausführungen betreffen die erfindungsgemäße Ausführungsform eines als Kondensatormodul ausgebildeten auf- ladbaren Energiespeichers.

Bei dem erfindungsgemäßen Kondensatormodul kann es vorgesehen sein, dass das Phasenwechselmaterial in den Zwischenräumen zwischen den Zellen angeordnet ist. Wenn die Freiräume zwi- sehen den Zellen mit dem Phasenwechselmaterial ausgefüllt sind, werden gegebenenfalls vorhandene Temperaturdifferenzen ausgeglichen. Dies gilt sowohl für Temperaturdifferenzen innerhalb einer Zelle als auch zwischen verschiedenen Zellen eines Kondensatormoduls.

Alternativ oder zusätzlich kann es bei dem erfindungsgemäßen Kondensatormodul vorgesehen sein, dass das Phasenwechselmate ^¬ rial um die Zellen herum angeordnet ist. Dies bietet sich beispielsweise an, wenn die Zellen eine zylindrische Form aufweisen.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass das Pha ^¬ senwechselmaterial bei dem erfindungsgemäßen Kondensatormodul an einem Abieiter zur Stromzuführung einer Zelle angeordnet ist. Das Phasenwechselmaterial kann an einem oder an beiden

Abieitern der Zelle angeordnet sein, es ist auch möglich, das Phasenwechselmaterial zwischen zwei Abieitern anzuordnen. Anstelle von Abieitern zur Stromzuführung kann auch eine ge- meinsame Sammelschiene für mehrere Zellen vorgesehen sein, an der das Phasenwechselmaterial angeordnet ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Phasenwechselmaterial an einem Kühlkörper, insbesondere auf einer Fläche des Kühlkörpers oder in einer Ausnehmung oder in einem Hohlraum des Kühlkörpers angeordnet ist. Diese verschiedenen Varianten können selbstverständlich auch miteinander kombiniert werden. Durch das Phasenwechsel- material kann die Kühlleistung des Kühlkörpers verbessert werden, sodass sich ein günstigeres Temperaturprofil ein ^¬ stellt .

Es wird besonders bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Kon- densatormodul in einem Gehäuse aufgenommen ist und das Pha ^¬ senwechselmaterial in einem Freiraum und/oder in einem Randbereich des Gehäuses angeordnet ist. Diese Freiräume inner ^¬ halb des Gehäuses können besonders einfach mit dem Phasen ^¬ wechselmaterial gefüllt werden.

Es ist auch möglich, dass das Phasenwechselmaterial als elektrisches Isolationsmaterial im Bereich eines Abieiters zur Stromzuführung angeordnet ist. Das Phasenwechselmaterial kann auf diese Weise eine ansonsten erforderliche zusätzliche elektrische Isolierung ersetzen. Ebenso kann das Phasenwechselmaterial zwischen Zellen und einem Kühlkörper angeordnet sein, um auf diese Weise die erforderliche elektrische Isola ^¬ tion zwischen den Zellen und dem Kühlkörper sicherzustellen. Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Kondensatormoduls sieht vor, dass das Phasenwechselmaterial in einer Umhüllung aufgenommen ist. Vorzugsweise kann die Umhüllung als Folie ausgebildet sein, durch die ebenfalls eine elektrisch isolie ^¬ rende Wirkung erzeugt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Kondensatormodul kommen die folgenden Phasenwechselmaterialien in Frage: Paraffine, Gashydrate, Salzhydrate. Es ist auch möglich, mehrere unterschiedliche Phasenwechselmaterialien miteinander zu kombinieren, um ein bestimmtes Wärmeabsorptionsverhalten zu erzeugen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines aufladbaren elektrochemischen Energiespeichers in einer geschnittenen Ansicht; ein zweites Ausführungsbeispiel eines aufladbaren elektrochemischen Energiespeichers in einer geschnittenen Ansicht; ein drittes Ausführungsbeispiel eines aufladbaren elektrochemischen Energiespeichers in einer geschnittenen Ansicht; ein viertes Ausführungsbeispiel eines aufladbaren elektrochemischen Energiespeichers in einer geschnittenen Ansicht; ein fünftes Ausführungsbeispiel eines aufladbaren elektrochemischen Energiespeichers in einer geschnittenen Ansicht; Fig. 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines aufladbaren elektrochemischen Energiespeichers in einer geschnittenen Ansicht;

Fig. 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines aufladbaren elektrochemischen Energiespeichers in einer geschnittenen Ansicht; Fig. 8 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge ^¬ mäßen Kondensatormoduls;

Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Kondensatormoduls;

Fig. 10 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge ^¬ mäßen Kondensatormoduls; Fig. 11 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge ^¬ mäßen Kondensatormoduls;

Fig. 12 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge ^¬ mäßen Kondensatormoduls;

Fig. 13 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungs ^¬ gemäßen Kondensatormoduls; und

Fig. 14 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Kondensatormoduls.

Der in Fig. 1 gezeigte aufladbare elektrochemische Energie ^¬ speicher 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine positive Elekt- rode 3 und eine negative Elektrode 4, zwischen denen sich ein Elektrolyt befindet, angeordnet sind. Die negative Elektrode 4 besitzt ein aktives Material, das aus Graphit besteht. Das aktive Material der positiven Elektrode 3 besteht aus einer Lithiumverbindung, als Elektrolyt kommt ein Salz oder ein Po- lymer in Frage. Zwischen der positiven Elektrode 3 und der negativen Elektrode 4 befindet sich ein Separator. Derartige Energiespeicher sind an sich bekannt, sodass auf die Aufzählung weiterer Details an dieser Stelle verzichtet werden kann .

Die positive Elektrode 3 und die negative Elektrode 4 sind bei dem Energiespeicher 1 schichtenweise aufgebaut und um das Zentrum des Gehäuses 2 gewickelt. Das Gehäuse 2 umfasst einen Gehäuseboden 5 und einen Gehäusedeckel 6, in dem sich ein Isolationsring 7 befindet.

Im Zentrum der Wicklung des Energiespeichers 1 ist ein Pha- senwechselmaterial 8 angeordnet. Beim Laden oder Entladen des Energiespeichers 1 wird Wärme freigesetzt, die zumindest teilweise von dem Phasenwechselmaterial 8 aufgenommen wird. Das Phasenwechselmaterial erfährt dabei einen Phasenwechsel, beispielsweise von fest zu flüssig. Die von den Elektroden 3, 4 abgegebene Wärme wird dabei als latente Wärme in dem Pha ^¬ senwechselmaterial 8 gespeichert, sodass die positive Elekt ^¬ rode 3 und die negative Elektrode 4 und damit der Energie ^¬ speicher 1 weniger stark erwärmt werden. Insbesondere wenn Energie mit hoher Leistung abgegeben oder aufgenommen wird, verhindert das Phasenwechselmaterial 8 eine unerwünschte und schädliche Temperaturerhöhung und eine Überschreitung eines zulässigen Temperaturgrenzwerts. Das thermische Verhalten kann durch die Wahl eines passenden Phasenwechselmaterials in Abhängigkeit der jeweiligen Anforderungen eingestellt werden. Das Phasenwechselmaterial liegt in mikroverkapselter Form vor, wobei die Größe der Mikrokapseln an die Porengröße des Aktivmaterials der negativen oder positiven Elektrode ange- passt ist. Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Energie ^¬ speichers 1, bei dem für übereinstimmende Bestandteile die ^¬ selben Bezugszeichen wie in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel verwendet werden. Anders als bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist das Phasenwechselmaterial 8 an den unteren und oberen Stirnseiten der Wicklung angeordnet. An dieser Stelle weist die Wicklung 9 im Querschnitt einen mäan ^¬ derartigen Verlauf auf, sodass die Freiräume zwischen den auf unterschiedlicher Höhe endenden Aktivschichten mit dem Phasenwechselmaterial 8 gefüllt werden können.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Energie ^¬ speichers 1, bei dem sich das Phasenwechselmaterial 8 an der Innenseite des Gehäuses 2 an dessen Längsseiten befindet. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Energiespeichers 1, bei dem das Phasenwechselmaterial 8 zwischen der Unterseite der Wicklung 9 und der Innenseite des Gehäusebodens 5 ange- ordnet ist.

In ähnlicher Weise zeigt Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Phasenwechselmaterial 8 zwischen der Innenseite des Gehäusedeckels 6 und der Oberseite der Wicklung 9 angeordnet ist.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Energiespeichers 1 ist das Phasenwechselmaterial 8 an der In ^¬ nenseite des Gehäusedeckels 6 oberhalb eines an der Stirnsei- te der Wicklung 9 angeordneten Isolationsrings 10 angeordnet.

Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel ist ähnlich wie das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel aufgebaut, bei dem das Phasenwechselmaterial 8 an der Innenseite des Gehäu- ses 2 in den mit der Wicklung 9 gebildeten Freiraum eingebracht ist. Zusätzlich ist das Phasenwechselmaterial 8 an der Außenseite einer keine Aktivschicht aufweisenden Elektrode angeordnet, wie in Fig. 7 gezeigt ist, wodurch sich das Volu ^¬ men des Phasenwechselmaterials vergrößert.

In den Fig. 1 bis 7 sind verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt, die sich im Wesentlichen durch die Positionie ^¬ rung des Phasenwechselmaterials unterscheiden. Es wird darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Ausführungsbeispiele mit- einander kombiniert werden können, indem mehrere oder alle im Inneren des Gehäuses vorhandene Freiräume mit Phasenwechsel ^¬ material gefüllt sind.

Fig. 8 zeigt in einer geschnittenen Darstellung einen Aus- schnitt eines Kondensatormoduls 11, das im Wesentlichen aus mehreren schichtweise angeordneten Zellen 12 besteht, wobei jede Zelle 12 an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite von einem Kühlkörper 13 umgeben ist. Jede Zelle 12 liegt als Kon- densator, insbesondere als Doppelschicht-Kondensator und/oder Hybridkondensator vor. Der Bereich zwischen benachbarten Kühlkörpern 13 ist mit einem Phasenwechselmaterial 14 ge ^¬ füllt. Nicht dargestellt sind in Fig. 8 elektrische Anschlüs- se, mit denen mehrere Zellen 12 miteinander verschaltet sind. Die Zellen 12 können in Reihe oder parallel geschaltet sein, damit durch das Kondensatormodul 11 eine bestimmte Spannung oder ein bestimmter Strom zur Verfügung gestellt werden kann. Beim Laden oder Entladen der Zellen 12 wird Wärme abgegeben, die zumindest teilweise von dem Phasenwechselmaterial 14 auf ^¬ genommen wird. Das Phasenwechselmaterial 14 erfährt dabei einen Phasenwechsel, beispielsweise von fest zu flüssig. Die von den Zellen 12 abgegebene Wärme wird als latente Wärme in dem Phasenwechselmaterial 14 gespeichert, sodass die Zellen

12 selbst weniger stark erwärmt werden. Insbesondere wenn von den Zellen 12 elektrische Energie mit hoher Leistung abgege ^¬ ben oder aufgenommen wird, verhindert das Phasenwechselmate ^¬ rial 14 eine unerwünschte und schädliche Temperaturerhöhung oberhalb eines zulässigen Temperaturgrenzwerts. Das thermi ^¬ sche Verhalten kann durch die Wahl eines passenden Phasen- wechselmaterials sowie durch die Wahl der Größe der Flächen zwischen den Zellen 12 und dem Phasenwechselmaterial 14 sowie durch die Geometrie und die Dicke des Phasenwechselmaterials 14 in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen eingestellt werden.

Fig. 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kondensa ^¬ tormoduls 15, bei dem zylinderförmige Zellen 16 verwendet werden. Die Zellen 16 sind jeweils mit einem Phasenwechselma ^¬ terial 17 umhüllt, das rohrförmig bzw. als Hohlzylinder ausgebildet ist. Die Zellen 16 sind in einem Gehäuse 18 aufge ^¬ nommen. Da in dem Gehäuse 18 zwischen dem Phasenwechselmate ^¬ rial 17 und der Innenseite des Gehäuses 18 Freiräume vorhan- den sind, kann bei Bedarf zusätzlich ein weiteres Mittel zur Temperierung der Zellen 16 vorgesehen sein, beispielsweise ein Kühlmedium wie Gas oder eine Flüssigkeit. Fig. 10 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kondensa ^¬ tormoduls 19, bei dem eine Zelle 20 vollständig von einem Phasenwechselmaterial 21 umgeben ist. Die Zelle 20 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, an einer Seite befinden sich elektrische Anschlüsse 22, 23. Die Zelle 20 kann aus Doppelschicht-Kondensatoren oder Hybridkondensatoren bestehen .

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Konden- satormoduls 24, bei dem Zellen 25, 26 an beiden Seiten eines plattenförmigen Kühlkörpers 27 angeordnet sind. An gegenüberliegenden Seiten der Zellen 25, 26 sind Abieiter 28, 29 zur Stromzuführung vorgesehen. Der zwischen den Abieitern 28, 29 auf einer Seite der Zellen 25, 26 gebildete Freiraum ist je- weils mit einem Phasenwechselmaterial 30, 31 gefüllt. Bei dieser Ausführung wird beim Einsatz des Phasenwechselmateri- als 30, 31 kein größerer Bauraum benötigt.

Bei dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Kondensatormoduls 32 sind mehrere Zellen 33 vorgesehen, die an eine gemeinsame Sammelschiene 34 angeschlossen sind. Durch einen Isolierstoff 35 ist die Sammelschiene 34 von einem Kühlkörper 36 für eine Wasserkühlung getrennt. Der Kühlkörper 36 weist Kanäle 37 auf, durch die Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit strömt, um von den Zellen 33 abgegebene Wärme abzuführen. Der Kühlkörper 36 umfasst darüber hinaus Ausnehmungen 38, die mit einem Phasenwechselmaterial 39 gefüllt sind. Da die von den Zellen 33 abgegebene Wärme als latente Wärme in dem Phasenwechselmaterial 39 gespeichert wird, wird die Kühlleistung des Kühlkörpers 36 signifikant erhöht.

In Fig. 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Konden ^¬ satormoduls 40 dargestellt, bei dem eine Mehrzahl von Zellen 41 in einem Gehäuse 42 angeordnet ist. Die Freiräume zwischen den schichtweise mit Abstand zueinander angeordneten Zellen sind jeweils mit Phasenwechselmaterial 43 ausgefüllt. Das Phasenwechselmaterial füllt somit sowohl Zwischenräume als auch Randbereiche zwischen den Zellen 41 und der Innenseite des Gehäuses 42 aus.

Bei dem in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Kon- densatormoduls 44 sind Zellen 43 über eine Sammelschiene 34 miteinander verbunden. Zwischen der Sammelschiene 34 und einem Kühlkörper 45 mit Wasserkühlung befindet sich Phasenwech- selmaterial 46. Um die erforderliche elektrische Isolation zwischen der Sammelschiene 34 und dem Kühlkörper 45 zu ge- währleisten, weist das Phasenwechselmaterial 46 eine als Fo ^¬ lie ausgebildete Umhüllung auf.