DE102010041538A1 - Vorrichtung zur Energiespeicherung für ein elektrisches Triebfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiespeicherung für ein elektrisches Triebfahrzeug, insbesondere ein Schienen- oder Straßenfahrzeug. Mehrere Speicherzellen (20) für elektrischer Energie bilden ein Speichermodul (11, 12). Die Speicherzellen (20) sind als zylindrische Doppelschichtkondensatoren mit stirnseitig angeordneten elektrischen Anschlusspolen (21) ausgebildet. Die Speicherzellen (20) des Speichermoduls (11, 12) sind elektrisch miteinander verbunden und in einem Modulgehäuse (30) angeordnet. Erfindungsgemäß weist das Speichermodul (11, 12) mehrere koaxial hintereinander angeordnete und elektrisch in Reihe geschaltete Speicherzellen (20) auf. Hierdurch können der Aufwand für Verbindungstechnik der Speicherzellen vermindert und alternative Gehäuseformen für das Speichermodul (11, 12) verwirklicht werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiespeicherung für ein elektrisches Triebfahrzeug, insbesondere ein Schienen- oder Straßenfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Zur Speicherung von elektrischer Energie werden in immer mehr Anwendungen Doppelschichtkondensatoren eingesetzt. Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren, auch Superkondensatoren genannt und beispielsweise unter den Markennamen Goldcaps, Supercaps, Boostcaps, oder Ultracaps bekannt, zeichnen sich durch vergleichsweise hohe Kapazitäten und Wirkungsgrade, hochdynamische Umladevermögen und sehr hohe Zyklusfestigkeiten sowie Lebensdauern aus. Außerdem sind sie tiefendladungsfest und wartungsfrei. Doppelschichtkondensatoren bestehen aus zwei Elektroden, die mit einer Elektrolytflüssigkeit benetzt sind, welche ein Dielektrikum von wenigen Atomlagen und eine große Elektrodenoberfläche bilden. Eine einzelne als Doppelschichtkondensator ausgebildete Speicherzelle ist häufig zylindrisch ausgebildet und weist Anschlusspole an ihren Stirnflächen auf. Die Kapazität einer Einzelzelle liegt beispielsweise bei 50 F bei einer Spannungsfestigkeit von ca. 2,7 V. Die Kapazität und die Betriebsspannung lassen sich durch Reihen- und Parallelschaltung von mehreren Speicherzellen zu einem Speichermodul vergrößern.
  • Speichermodule mit Doppelschichtkondensatoren als Speicherzellen finden insbesondere bei elektrischen Triebfahrzeugen Anwendung. So ist aus der Offenlegungsschrift DE 198 48 646 A1 die Verwendung eines aus elektrochemischen Energiespeichern aufgebauten Speichermoduls als Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 063 986 A1 hingegen zeigt eine Anordnung eines Speichermoduls aus Doppelschichtkondensatoren bei Schienenfahrzeugen, insbesondere Straßenbahnen. Bei diesen bekannten Anwendungen sind die zylindrischen Doppelschichtkondensatoren aufrecht stehend nebeneinander in einem Modulgehäuse derart angeordnet, dass die Anschlusspole der Speicherzellen auf beiden Seiten in je einer Ebene angeordnet sind. In diesen Ebenen sind sogenannte Zellverbinder angeordnet, die Anschlusspole von benachbarten Speicherzellen derart elektrisch miteinander verbinden, dass die zur Erzielung einer gewünschten Gesamtspannung des Speichermoduls erforderliche Reihen- bzw. Parallelschaltung verwirklicht wird. Diese Nebeneinanderanordnung bedingt aber einen hohen Aufwand an Verbindungstechnik. Auch die Bauform der Speichermodule ist damit weitgehend als Quader vorgegeben, was nicht für alle Anwendungen zweckmäßig ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Energiespeichervorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen verminderten Aufwand für die Verbindungstechnik der Speicherzellen sowie alternative Gehäuseformen des Speichermoduls ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Energiespeichervorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Indem das Speichermodul mehrere koaxial hintereinander angeordnete und elektrisch in Reihe geschaltete Speicherzellen aufweist, wird eine effektivere Volumenausnutzung als bei einer entsprechenden Anzahl an nebeneinander angeordneten zylindrischen Speicherzellen erreicht. Der Aufwand für die Verbindungstechnik benachbarter Speicherzellen ist ebenfalls geringer als bei nebeneinander angeordneten Speicherzellen, da die Anschlusspole zu kontaktierender Speicherzellen bei einer koaxialen Hintereinanderanordnung unmittelbar gegenüber stehen. Schließlich sind gegenüber der quaderförmigen Grundform von in einer Packung nebeneinander angeordneter Speicherzellen bei erfindungsgemäßer Anordnung der Speicherzellen Speichermodule mit säulenförmigen oder flach ausgebildeten Gehäuseformen möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Modulgehäuse als Strangpressteil mit integriertem Kühlsystem ausgebildet. Strangpressen ist ein Umformverfahren, welches mit Vorteil besonders zur Herstellung von Rohren mit komplizierten Profilen und aus schwer umformbaren Werkstoffen geeignet ist. So können beispielsweise rohrförmige Modulgehäuse mit außen angeformten Kühlrippen, die eine oder mehrere Reihen hintereinander angeordneter Speicherzellen aufnehmen können, in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellt werden. Neben dem hohen Umformungsgrad zeichnet sich das Strangpressen vor allem durch geringe Werkzeugkosten aus, was vor allem für die Fertigung relativ geringer Lose interessant ist. Bei diesem Verfahren wird ein auf Umformtemperatur erwärmter Pressling mit einem Stempel durch eine Matrize gedrückt. Dabei wird der Block durch einen Rezipienten – ein sehr dickwandiges Rohr – umschlossen. Die äußere Form des Pressstrangs wird durch die Matrize bestimmt. Durch verschieden geformte Dorne können Hohlräume erzeugt werden. Es ist ebenso möglich, zwei Hälften eines Modulgehäuses Strang zu pressen und die Gehäusehälften nach Bestückung mit Speicherzellen anschließend zu verbinden. Neben den auf eine Luftkühlung ausgerichteten Kühlrippen können in den Strangpressteilen auch Kühlwasserkanäle für eine Wasserkühlung vorgesehen werden. Eine Kombination von Luft- und Wasserkühlung resultiert in einer effektiveren Abführung der beim Betrieb der Speicherzellen erzeugten Wärme.
  • Vorzugsweise ist das Kühlsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Wärmerohr mit Kapillarrückführung von Kühlflüssigkeit zu einem Verdampfer ausgebildet. Ein Wärmerohr weist ein hermetisch gekapseltes Volumen auf, welches mit einem fluiden Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser, zu einem kleinen Teil in flüssigem Zustand und zum größeren Teil in dampfförmigem Zustand gefüllt ist. Im Modulgehäuse befinden sich je eine Wärmeübertragungsfläche für einen als Wärmequelle wirkenden Verdampfer und für einen als Wärmesenke wirkenden Kondensator. Bei Wärmeeintrag beginnt das Arbeitsmedium zu verdampfen, wodurch über dem Fluidspiegel der Druck im Dampfraum lokal erhöht wird, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb des Wärmerohrs führt. Der entstandene Dampf strömt deswegen in Richtung Kondensator, wo er wegen der niedrigeren Temperatur kondensiert. Dabei wird die zuvor aufgenommene latente Wärme wieder abgegeben. Das nun flüssige Arbeitsmedium kehrt durch Kapillare wieder zurück zum Verdampfer. Aufgrund der geringen Temperaturdifferenz zwischen Verdampfer und Kondensator besitzt ein Wärmerohr einen sehr geringen Wärmewiderstand.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in einem hohlzylindrischen Spalt zwischen Speicherzellen und Modulgehäuse ein elektrischer Isolierstoff angeordnet, der als Isolierfolie und/oder Isolierbeschichtung und/oder Isolierkissen und/oder Isoliermatte und/oder Isoliergel und/oder Isolierflüssigkeit und/oder Isoliergas ausgebildet ist. Neben der elektrischen Isolierung zwischen den Speicherzellen und der Wand des Modulgehäuses muss der Isolierstoff dennoch eine gute thermische Anbindung der Speicherzellen an das Modulgehäuse ermöglichen, damit die beim Betrieb in den Speicherzellen entstehende Wärmeenergie abgeführt werden kann, um einen ausreichenden Wirkungsgrad der Energiespeichervorrichtung gewährleisten zu können. So kann in den zylindrischen Spalt eine Isolierfolie eingelegt werden oder aber auf die Innenwand des Modulgehäuses eine Isolierbeschichtung aufgetragen werden. Alternativ kann in den Spalt eine Isoliermatte ein sogenanntes Gap-pad eingelegt werden, welches elektrisch gut isoliert aber einen geringen Wärmewiderstand aufweist. Die genannten Isolierstoffe können vorzugsweise in Halbschalen des Modulgehäuses angeordnet werden, worauf die Speicherzellen eingelegt werden. Schließlich werden die Halbschalen zusammengelegt und durch Schrauben oder durch Haltevorrichtungen beim Schweißen oder durch Spannringe verpresst. Der hohlzylindrische Spalt zwischen Speicherzellen und Modulgehäuse kann auch mit einer Isolierflüssigkeit oder einem Isoliergel befüllt werden, was ebenfalls eine gute Wärmeanbindung der Speicherzellen zum Modulgehäuse realisiert. Als Isolierflüssigkeit eignet sich besonders MIDEL, eine Isolier- und Kühlflüssigkeit auf Estherbasis mit hoher Brandsicherheit, hoher Umweltfreundlichkeit und geringem Wartungsaufwand. Des Weiteren kann der hohlzylindrische Spalt durch Abstandshalter zwischen Speicherzellen und Modulgehäusewand in Form von Kunststoffstegen erzeugt werden, der dann mit einem Isoliergas, etwa mit Luft, befüllt wird.
  • Vorzugsweise ist die Isolierflüssigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung als abbindender Verguss ausgebildet. Mit Vorteil können hier ein Gel-, Silikon-, Polyurethan- oder Harzverguss vorgesehen sein, der gleichzeitig eine gute Wärmeanbindung zum Modulgehäuse und damit die Kühlung der Speicherzellen realisiert. Der abbindende Isolierstoff wird bei Fertigung der Energiespeichervorrichtung bei Unterdruck in das Modulgehäuse eingebracht, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung zu erreichen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen je zwei benachbarten Speicherzellen ein zylindrisches Verbindungsstück angeordnet, über welches die Speicherzellen miteinander verbunden sind. Über diese ringförmigen Verbindungsstücke können je zwei benachbarte Speicherzellen miteinander verschweißt sein. Durch die Verbindungsstücke erhält die Säule bzw. die Säulen an hintereinander angeordneten Speicherzellen eine mechanische Stabilität, die dann nicht mehr vollständig vom Modulgehäuse zu erbringen ist. Die Verbindungsstücke gewährleisten außerdem eine sichere elektrische Kontaktierung zweier benachbarter Speicherzellen über ihre Anschlusspole. Werden beispielsweise die Verbindungsstücke von einem Kühlmedium durchströmt, so können diese zusätzlich zur Wärmeabfuhr von den Speicherzellen dienen.
  • Vorzugsweise schließt ein zylindrisches Verbindungsstück einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den beiden verbundenen Speicherzellen einen Hohlraum ein, der mit einem Druckausgleichsreservoir in Verbindung steht. Als Druckausgleichsreservoir kann beispielsweise der hohlzylindrische Spalt zwischen Speicherzellen und Modulgehäuse oder aber ein separater Hohlraum dienen. Das Druckausgleichsreservoir kann über eine Membran oder über ein Überdruckventil mit dem Hohlraum verbunden sein. Das Druckausgleichsreservoir kann auch als elastisch komprimierbares und mit Luft oder speziellem Gas befülltes Kissen ausgebildet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht das Druckausgleichsreservoir mit dem hohlzylindrischen Spalt in Verbindung und ist zur Aufnahme von fluidem Isolierstoff ausgebildet. Ein Überdruckventil ist dabei so eingestellt, dass es beim Entstehen eines Überdruckes im Modulgehäuse – beispielsweise durch Austreten von Elektrolytflüssigkeit aus einem defekten Doppelschichtkondensator – öffnet, damit zur Druckentlastung innerhalb des Speichermoduls Isolierstoff vom hohlzylindrischen Spalt in das Druckausgleichsreservoir eindringen kann. Es kann auch eine eigene Überwachungsschaltung zum Auslösen des Überdruckventils direkt mit Verguss des Isolierstoffes in die Energiespeichervorrichtung eingebracht werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aus einer Speicherzelle austretende Elektrolytflüssigkeit mit dem Isolierstoff mischbar und durch diesen abbindbar. Hierdurch kann im Fehlerfall aus dem Doppelschichtkondensator austretende Elektrolytflüssigkeit durch den Isolierstoff im hohlzylindrischen Spalt gebunden werden. Bei dem Isolierstoff kann es sich aber auch um ein Phasenwechselmaterial handeln. Es könnte auch vorgesehen sein, dass dieses Gemisch die Isolierfähigkeit des Isolierstoffes herabsetzt, was dann zur Fehlerdetektion benutzt werden kann.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung, welches nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben wird, in deren
  • 1 ein Längsschnitt durch ein einreihiges erfindungsgemäßes Speichermodul,
  • 2 ein Querschnitt durch das erfindungsgemäße Speichermodul aus 1 längs der Schnittlinie II-II,
  • 3 ein Längsschnitt durch ein zweireihiges erfindungsgemäßes Speichermodul und
  • 4 ein Querschnitt durch das erfindungsgemäße Speichermodul aus 3 längs der Schnittlinie IV-IV
    schematisch veranschaulicht sind.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energiespeicherung für ein elektrisches Triebfahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, weist gemäß 1 ein einreihiges Speichermodul 11 und alternativ gemäß 3 ein zweireihiges Speichermodul 12 auf, welches eine bzw. zwei Reihen von koaxial hintereinander angeordneten und elektrisch in Serie geschalteten Speicherzellen 20 aufweist. Jede Speicherzelle 20 ist dabei als zylindrischer Doppelschichtkondensator mit stirnseitig angeordneten elektrischen Anschlusspolen 21 ausgebildet. Die Reihe bzw. Reihen von Speicherzellen 20 werden von einem rohrförmigen Modulgehäuse 30 umschlossen, welches als Strangpressteil, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet ist. Das Strangpressteil weist auch im Modulgehäuse 30 integrierte Kühlrippen 31 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel radial von der zylindrischen bzw. doppelzylindrischen Gehäusewand abstehen und sich als flächige Anformung zwischen stirnseitigen Enden des Modulgehäuses 30 erstrecken. Durch unterschiedliche Höhen der Kühlrippen entlang des Umfangs des Modulgehäuses 30 können diesem unterschiedliche äußere Abmessungen verliehen werden, um an unterschiedliche vorgegebene Einbauverhältnisse der Energiespeichervorrichtung angepasst zu werden.
  • Die Kühlrippen dienen zur Abführung von thermischer Energie über Luftkühlung, die im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den Speicherzellen 20 erzeugt wird. Zur Unterstützung ist eine Flüssigkühlung in Form eines Wärmerohrs vorgesehen. Hierbei wird der hohlzylindrische Spalt 32 zwischen Speicherzellen 20 und Modulgehäuse 30, der gemäß 1 bzw. 2 ringförmig und gemäß 3 bzw. 4 doppelringförmig ausgebildet ist, teilweise mit kapillarwirksamem Material und zusätzlich mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt. Die Kapillaren dienen der Rückführung von Kühlflüssigkeit zu den als Verdampfer wirkenden Speicherzellen 20. Die Kühlflüssigkeit liegt dabei teils flüssig und größten Teils dampfförmig vor. Die von den Speicherzellen 20 im Betrieb abgegebene Wärme bringt die Kühlflüssigkeit zum Verdampfen, wodurch über dem Flüssigkeitsspiegel der Dampfdruck lokal erhöht wird, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb des Wärmerohrs führt. Der entstandene Dampf strömt deswegen in Richtung einer kühleren Modulgehäusewand, wo er kondensiert und die zuvor aufgenommene latente Wärme wieder abgibt. Die nun flüssige Kühlflüssigkeit kehrt durch den Spalt 32 wieder zu der als Verdampfer wirkenden Speicherzellenoberfläche zurück.
  • Zur elektrischen Isolierung zwischen den Speicherzellen 20 und dem Modulgehäuse 30 ist in dem hohlzylindrischen Spalt 32 ein elektrischer Isolierstoff 40 angeordnet. Der Isolierstoff 40 kann beispielsweise als Folie, Kissen oder Matte in den Spalt 32 eingelegt sein. Alternativ kann auch die Innenwand des Modulgehäuses 30 mit einem Isolierstoff 40 beschichtet sein. Vorzugsweise ist aber der Spalt 32 mit einer Isolierflüssigkeit befüllt, beispielsweise mit Midel, einer aus dem Transformatorenbau bekannten wartungsarmen und umweltfreundlichen Isolierflüssigkeit. Die Isolierflüssigkeit kann jedoch auch als abbindender Verguss ausgebildet sein, der zur gleichmäßigen Verteilung in den mit Unterdruck beaufschlagten hohlzylindrischen Spalt 32 befüllt wird. Der Isolierstoff 40 weist jedenfalls einen geringen Wärmewiderstand auf, um den Wärmeübergang von den Speicherzellen 20 zur Gehäusewand des Modulgehäuses 30 zu fördern. Der Isolierstoff 40 kann mit Vorteil mit aus einer Speicherzelle 20 austretender Elektrolytflüssigkeit mischbar sein und diese binden.
  • Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität sowie zu einer sichereren elektrischen Kontaktierung sind benachbarte Speicherzellen 20 einer Reihe bzw. Säule über ein zylindrisches Verbindungsstück 50 miteinander verbunden, beispielsweise durch Verschweißen. Dabei schließen das Verbindungsstück 50 und die beiden verbundenen Speicherzellen 20 einen Hohlraum ein, der mit einem nicht dargestellten Druckausgleichsreservoir in Verbindung steht. So kann im Falle eines Defekts einer Speicherzelle 20 in dem Hohlraum entstehender Überdruck beispielsweise über ein Überdruckventil in das Druckausgleichsreservoir abgebaut werden. Im einfachsten Fall dient der hohlzylindrische Spalt 32 als Druckausgleichsreservoir. Es kann jedoch auch ein separates Druckausgleichsreservoir vorgesehen sein, welches mit dem hohlzylindrischen Spalt 32 in Verbindung steht, um fluiden Isolierstoff 40 aufzunehmen, der durch aus einer Speicherzelle 20 austretende Elektrolytflüssigkeit zum Druckabbau in dieses Druckausgleichsreservoir gedrängt wird.
  • Zur Kontaktierung der Schaltkreise eines elektrischen Triebfahrzeugs ragt ein Anschlusspol 21 der obersten und untersten Speicherzelle 20 einer Reihe durch eine stirnseitige Endplatte des Modulgehäuses 30. Bei dem zweireihigen Speichermodul 12 sind die obersten Speicherzellen 20 jeder Reihe über einen Zellverbinder 51 elektrisch miteinander verbunden, während die Anschlusspole 21 der beiden untersten Speicherzellen 20 die Abdeckplatte des Modulgehäuses 30 durchdringen.
  • Insgesamt lassen sich in einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung Doppelschichtkondensatoren axial hintereinander in einem Speichermodul 11 bzw. 12 anordnen. Die mechanische Steifigkeit wird durch das als Strangpressprofil ausgebildete Modulgehäuse 30 mit integrierter Luft- bzw. Flüssigkühlung gewährleistet. Das Problem eines auftretenden Überdrucks im Modulgehäuse 30 bei fehlerhafter Öffnung eines Doppelschichtkondensators wird durch das Einbringen eines Druckausgleichsreservoirs mit integriertem Überdruckventil realisiert. Die thermische Anbindung der Speicherzellen 20 nach außen und die elektrische Isolation können durch eine Flüssigkeit oder einen abbindenden Verguss allein oder in Kombination mit einer Innenbeschichtung des Modulgehäuses 30 realisiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19848646 A1 [0003]
    • DE 102004063986 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Energiespeicherung für ein elektrisches Triebfahrzeug, insbesondere ein Schienen- oder Straßenfahrzeug, mit mehreren ein Speichermodul (11, 12) bildenden Speicherzellen (20) für elektrischer Energie, welche als zylindrische Doppelschichtkondensatoren mit stirnseitig angeordneten elektrischen Anschlusspolen (21) ausgebildet sind, wobei die Speicherzellen (20) des Speichermoduls (11, 12) elektrisch miteinander verbunden und in einem Modulgehäuse (30) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermodul (11, 12) mehrere koaxial hintereinander angeordnete und elektrisch in Reihe geschaltete Speicherzellen (20) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Modulgehäuse (30) als Strangpressteil mit integriertem Kühlsystem (31) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Kühlsystem als Wärmerohr mit Kapillarrückführung von Kühlflüssigkeit zu einem Verdampfer ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einen hohlzylindrischen Spalt (32) zwischen Speicherzellen (20) und Modulgehäuse (30) ein elektrischer Isolierstoff (40) angeordnet ist, der als Isolierfolie und/oder Isolierbeschichtung und/oder Isolierkissen und/oder Isoliermatte und/oder Isoliergel und/oder Islolierflüssigkeit und/oder Isoliergas ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem Anspruch 4, wobei die Isolierflüssigkeit als abbindender Verguss ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen je zwei benachbarten Speicherzellen (20) ein zylindrisches Verbindungsstück (50) angeordnet ist, über welches die Speicherzellen (20) miteinander verbunden sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein zylindrisches Verbindungsstück (50) mit den beiden verbundenen Speicherzellen (20) einen Hohlraum einschließt, der mit einem Druckausgleichsreservoir in Verbindung steht.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Druckausgleichsreservoir mit dem hohlzylindrischen Spalt (32) in Verbindung steht und zur Aufnahme von fluidem Isolierstoff (40) ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine aus einer Speicherzelle (20) austretende Elektrolytflüssigkeit mit dem Isolierstoff (40) mischbar und durch diesen abbindbar ist.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014033377A1 (fr) * 2012-08-28 2014-03-06 Valeo Equipements Electriques Moteur Procede de fabrication d'un stockeur d'energie electrique et stockeur correspondant
WO2014044941A1 (fr) * 2012-09-24 2014-03-27 Valeo Equipements Electriques Moteur Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique et stockeur correspondant
CN105453204A (zh) * 2013-08-07 2016-03-30 Ls美创有限公司 超级电容器模块
US9728345B1 (en) 2016-02-04 2017-08-08 Ls Mtron Ltd Ultra capacitor module
RU2670607C2 (ru) * 2014-01-10 2018-10-24 Сименс Акциенгезелльшафт Система конденсаторов
DE102019102781A1 (de) * 2019-02-05 2020-08-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltbatterie mit Kühlkörper sowie Kraftfahrzeug

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19848646A1 (de) 1998-10-22 2000-04-27 Daimler Chrysler Ag Elektrochemischer Energiespeicher und damit ausgerüstete Fahrzeugbatterie
JP2001076771A (ja) * 1999-09-03 2001-03-23 Toshiba Battery Co Ltd 車両用電池パック
DE10064648A1 (de) * 1999-12-28 2001-07-19 Honda Motor Co Ltd Aufladeelementvorrichtung
US6498406B1 (en) * 1999-01-29 2002-12-24 Sanyo Electric Co., Ltd. Power source containing rechargeable batteries
US20040043287A1 (en) * 2002-03-05 2004-03-04 Masashi Bando Battery-type power supply unit
US20050168918A1 (en) * 2002-03-19 2005-08-04 Nissan Diesel Motor Co., Ltd Electric double-layer capacitor
DE102004063986A1 (de) 2004-11-05 2006-07-27 Siemens Ag Schienenfahrzeug mit einem Energiespeicher aus Doppelschichtkondensatoren
US7085112B2 (en) * 2001-10-04 2006-08-01 Ise Corporation High-power ultracapacitor energy storage pack and method of use
US7492574B2 (en) * 2005-03-14 2009-02-17 Maxwell Technologies, Inc. Coupling of cell to housing
EP2101336A1 (de) * 2008-03-14 2009-09-16 Peugeot Citroën Automobiles Société Anonyme Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie und eine Zusammenschaltung solcher Vorrichtungen
US20090263708A1 (en) * 2008-04-02 2009-10-22 Josh Bender System and method of integrated thermal management for a multi-cell battery pack
DE102009050960A1 (de) * 2009-10-28 2011-05-12 Voith Patent Gmbh Energiespeicher

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19848646A1 (de) 1998-10-22 2000-04-27 Daimler Chrysler Ag Elektrochemischer Energiespeicher und damit ausgerüstete Fahrzeugbatterie
US6498406B1 (en) * 1999-01-29 2002-12-24 Sanyo Electric Co., Ltd. Power source containing rechargeable batteries
JP2001076771A (ja) * 1999-09-03 2001-03-23 Toshiba Battery Co Ltd 車両用電池パック
DE10064648A1 (de) * 1999-12-28 2001-07-19 Honda Motor Co Ltd Aufladeelementvorrichtung
US7085112B2 (en) * 2001-10-04 2006-08-01 Ise Corporation High-power ultracapacitor energy storage pack and method of use
US20040043287A1 (en) * 2002-03-05 2004-03-04 Masashi Bando Battery-type power supply unit
US20050168918A1 (en) * 2002-03-19 2005-08-04 Nissan Diesel Motor Co., Ltd Electric double-layer capacitor
DE102004063986A1 (de) 2004-11-05 2006-07-27 Siemens Ag Schienenfahrzeug mit einem Energiespeicher aus Doppelschichtkondensatoren
US7492574B2 (en) * 2005-03-14 2009-02-17 Maxwell Technologies, Inc. Coupling of cell to housing
EP2101336A1 (de) * 2008-03-14 2009-09-16 Peugeot Citroën Automobiles Société Anonyme Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie und eine Zusammenschaltung solcher Vorrichtungen
US20090263708A1 (en) * 2008-04-02 2009-10-22 Josh Bender System and method of integrated thermal management for a multi-cell battery pack
DE102009050960A1 (de) * 2009-10-28 2011-05-12 Voith Patent Gmbh Energiespeicher

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014033377A1 (fr) * 2012-08-28 2014-03-06 Valeo Equipements Electriques Moteur Procede de fabrication d'un stockeur d'energie electrique et stockeur correspondant
FR2995128A1 (fr) * 2012-08-28 2014-03-07 Valeo Equip Electr Moteur Procede de fabrication d'un stockeur d'energie electrique et stockeur correspondant
WO2014044941A1 (fr) * 2012-09-24 2014-03-27 Valeo Equipements Electriques Moteur Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique et stockeur correspondant
FR2996048A1 (fr) * 2012-09-24 2014-03-28 Valeo Equip Electr Moteur Procede de fabrication d'un stockeur d'energie electrique et stockeur correspondant
CN105453204A (zh) * 2013-08-07 2016-03-30 Ls美创有限公司 超级电容器模块
EP3032555A4 (de) * 2013-08-07 2017-04-12 Ls Mtron Ltd. Ultrakondensatormodul
US9711298B2 (en) 2013-08-07 2017-07-18 Ls Mtron Ltd. Ultra capacitor module
CN105453204B (zh) * 2013-08-07 2018-03-23 Ls美创有限公司 超级电容器模块
RU2670607C2 (ru) * 2014-01-10 2018-10-24 Сименс Акциенгезелльшафт Система конденсаторов
RU2670607C9 (ru) * 2014-01-10 2018-11-22 Сименс Акциенгезелльшафт Система конденсаторов
US9728345B1 (en) 2016-02-04 2017-08-08 Ls Mtron Ltd Ultra capacitor module
DE102019102781A1 (de) * 2019-02-05 2020-08-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltbatterie mit Kühlkörper sowie Kraftfahrzeug

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