-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Energiespeicherzelle. Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektrisches Energiespeichermodul.
-
Stand der Technik
-
In den meisten Einsatzgebieten von elektrischen Batteriezellen wird, abgesehen von einem vergleichsweise geringen, überlagerten Ripple-Anteil, den Batteriezellen näherungsweise Gleichstrom entnommen bzw. in die Batteriezellen eingespeist.
-
Mit steigendem Wechselanteil des Stroms wächst ein Einfluss einer verteilten Induktivität eines Aufbaus der Batteriezelle. Herkömmliche Zellen besitzen ein metallisches Gehäuse, wobei ein typisches Metall Aluminium ist. Darin befinden sich ein oder mehrere Zellwickel, Ableiterfolien und -gabeln, welche elektrisch leitend nach außen mit Anschlusspolen der Zelle verbunden sind. Um eine Oxidation des Zellgehäuses zu vermeiden, wird dessen elektrisches Potenzial auf Plus gelegt, vorzugsweise durch eine direkte galvanische Verbindung des Gehäuses mit dem Pluspol.
-
Im Stand der Technik sind Batteriesysteme mit integriertem Umrichter bekannt, in denen zu einer Variation einer Strangspannung ein schneller Wechsel der Stromführung durch ein Batteriemodul bzw. am Batteriemodul vorbei erforderlich ist. Dabei werden die Batteriezellen bzw. -module der genannten Batteriesysteme beispielsweise im Automotive-Bereich in größeren Frequenzbereichen bis in den Kilohertz-Bereich betrieben, um mit den erzeugten Wechselspannungen eine elektrische Maschine anzutreiben.
-
Ein induktiver Anteil der Zellimpedanz wirkt nach außen zu einer Leistungselektronik und kann bei den Schaltvorgängen in Kombination mit hohen Strömen hohe Verlustenergien in den verwendeten Halbleiterschaltern der Leistungselektronik erzeugen. Bei bestimmten, nicht vermeidbaren Schaltvorgängen kommt es, getrieben durch die in den in Induktivitäten gespeicherte elektrische Energie, zum Lawinendurchbruch (Avalanche-Betrieb der Halbleiterschalter).
-
Die
DE 10 2010 041 028 A1 offenbart ein Energieversorgungsnetz, welches einen steuerbaren Energiespeicher aufweist, welcher zur Steuerung und zur elektrischen Energieversorgung einer n-phasigen elektrischen Maschine mit n ≥ 1 dient. Dabei weist der steuerbare Energiespeicher n parallele Energieversorgungszweige auf, welche jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule aufweisen, welche jeweils mindestens eine elektrische Energiespeicherzelle mit einer zugeordneten steuerbaren Koppeleinheit umfassen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt eine elektrische Energiespeicherzelle aufweisend einen zwischen Polen der Energiespeicherzelle verschalteten niederinduktiven, kapazitiven Parallelpfad, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Parallelpfad ein integraler Bestandteil der Energiespeicherzelle ist.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein elektrisches Energiespeichermodul mit wenigstens zwei elektrischen Energiespeicherzellen, wobei die Energiespeicherzellen miteinander in Serie geschaltet sind, wobei eine dielektrische Schicht zwischen einem Ableiter eines Minuspoles und einem Ableiter eines Pluspols der Energiespeicherzellen angeordnet ist.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass die dielektrische Schicht außerhalb des Zellgehäuses angeordnet ist. Auf diese Art und Weise muss vorteilhaft nicht interne Strukturen der elektrischen Energie Speicherzelle eingegriffen werden. Ferner ist dadurch vorteilhaft auch noch nachträglich eine Bereitstellung der der dielektrischen Schicht für die elektrische Energiespeicherzelle möglich.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Energiespeicherzelle ist dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Parallelpfad mittels der dielektrischen Schicht, einem der Pole und einem Zellengehäuse der elektrischen Energiespeicherzelle gebildet ist. Dadurch werden vorteilhaft bereits vorhandene Elemente der Energiespeicherzelle genutzt, um mittels der dielektrischen Schicht einen Kondensator zu bilden, welcher parallel zu den Polen geschaltet wird.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Energiespeicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens einer der Pole eine im Vergleich zu seiner Höhenausdehnung im Wesentlichen flächige Ausbildung aufweist. Vorteilhaft kann man auf diese Art und Weise aufgrund der flächigen Ausbildung der Pole eine möglichst große Kapazität darstellen. Ferner entsteht dadurch eine gute Kontaktierungsmöglichkeit mit den großflächigen Kontakten.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass die dielektrische Schicht eine Oberflächenstrukturierung mit Erhebungen aufweist. Auf diese Art und Weise wird die Oberfläche der dielektrischen Schicht vergrößert, wodurch vorteilhaft ein erhöhter Kapazitätswert dargestellt werden kann. Ferner kann auf diese Weise der Pol vorteilhaft verkleinert werden.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass die dielektrische Schicht flächig zwischen dem flächig ausgebildeten Minuspol und dem flächig ausgebildeten Pluspol der Energiespeicherzelle ausgebildet ist, wobei der Pluspol und der Minuspol im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Energiespeicherzelle ausgebildet sind. Ein Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass eine möglichst große Fläche extern von der Energiespeicherzelle dargestellt werden kann.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Energiespeicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass die dielektrische Schicht innerhalb des Zellgehäuses angeordnet ist. Dadurch wird eine weitere alternative Gestaltungsmöglichkeit für das Design der Energiespeicherzelle mit dem kapazitiven Parallelpfad bereitgestellt.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Speicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass die dielektrische Schicht wenigstens in einem Teilbereich zwischen einem Ableiter der Pole angeordnet ist, wobei die dielektrische Schicht in einem Bereich der Einleitung bzw. der Ableitung der Leiter in einen Zellwickel hinein angeordnet ist. Dadurch hat man vorteilhaft vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten zur Ausnutzung der Fläche zwischen den Ableitern, um dort eine dielektrische Schicht anzuordnen.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass die dielektrische Schicht zwischen dem Zellengehäuse und dem Ableiter des Minuspols flächig ausgebildet ist und dass auch der Ableiter flächig ausgebildet ist, wobei der Ableiter nahe am Gehäuse angeordnet ist. Hier findet sozusagen eine Modifikation des Polableiters statt, der flächig ausgebildet wird und dadurch eine große Kapazität mittels der die elektrischen Schicht darzustellen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der elektrischen Energie Speicherzelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die die dielektrische Schicht als Zellelektrolyt der Energiespeicherzelle ausgebildet ist. Dies gibt vorteilhaft eine alternative Variante für die dielektrische Schicht im Falle, dass der Zellelektrolyt eine hinreichend große Dielektrizitätskonstante aufweist. Es ist auf diese Art und Weise vorteilhaft keine zusätzliche Schicht zwischen Ableitern der Pole erforderlich, außer wenn die Isolationswirkung nicht hoch genug ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Energiespeicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass auch die Isolierschicht zwischen den Minuspol und dem Gehäuse als dielektrische Schicht ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise kann nochmals die Fläche der dielektrischen Schicht vergrößert werden, um dadurch eine noch größere Kapazität darzustellen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Energiespeicherzelle zeichnet sich dadurch aus, dass der kapazitive Parallelpfad keine zusätzlichen Zuleitungen aufweist. Auf diese Weise wird eine Impedanz mit geringstmöglichen ohmschen und induktiven Anteilen dargestellt, was eine nach außen wirkende Gesamtinduktivität der Batteriezelle bei Schaltvorgängen vorteilhaft verringert. Ferner erhält man dadurch vorteilhaft keinerlei zusätzliche ohmsche oder induktiven Anteilen, wodurch ein minimaler ESR bzw ESL des kapazitiven Parallelpfads erreicht werden kann.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls zeichnet sich dadurch aus, dass die dielektrische Schicht zwischen dem Minusableiter und einem verlängerten Plusableiter angeordnet ist, wobei zwischen den Zellverbindern eine Isolierschicht angeordnet ist. Auch auf diese Art und Weise kann eine große externe Fläche für die dielektrische Schicht zwischen den Plus- und Minuspol dargestellt werden und kann eine Kondensatorwirkung gebildet wird.
-
Vorteile der Erfindung
-
Als vorteilhaft wird bei der Erfindung angesehen, dass mittels des niederinduktiven, kapazitiven Parallelpfads eine Gesamtimpedanz der elektrischen Energiespeicherzelle bzw. eines elektrischen Energiespeichermoduls mit mehreren verschalteten Batteriezellen bei hohen Frequenzen und eine nach außen wirkende Induktivität der genannten Elemente vorteilhaft stark reduzierbar ist. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen elektrischen Energie Speicherzelle in einem Batteriesystem mit integriertem Umrichter können auf diese Weise schädliche Effekte eines Avalanchebetriebs von elektronischen Halbleiterschaltern des Umrichters vorteilhaft reduziert werden. Zu einem Bereitstellen des kapazitiven Parallelpfads kann ein Design der Batteriezelle vorteilhaft im Wesentlichen derart angepasst werden, dass der kapazitive Parallelpfad den je nach Anwendungsfall optimalen Kapazität werden bereitstellt
-
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsformen mit Bezug auf Figuren erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
-
Die im Folgenden verwendete Richtungsterminologie, das heißt, Begriffe wie "links", „rechts“, „oben", "unten“, "vorne“, "hinten", „darüber“, „darunter“, „dahinter“ usw., wird lediglich zum besseren Verständnis der Zeichnungen verwendet, und soll keinesfalls eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
Es zeigen:
-
1 ein elektrisches Ersatzschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle;
-
2 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle;
-
3 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle;
-
4 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle;
-
5 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle;
-
6 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle;
-
7 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle;
-
8 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichermoduls; und
-
9 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichermoduls; und
-
10 ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichermoduls.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Elektrische Energiespeicherzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen alle Einrichtungen, welche über einen vordefinierten Zeitraum elektrische Energie speichern über einen weiteren Zeitraum wieder abgeben können.
-
Elektrische Energiespeichermodule im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen Komponenten, welche eine oder mehrere elektrische Energiespeicherzellen in einem Gehäuse aufweisen, wobei die elektrischen Energiespeicherzellen in geeigneter Weise elektrisch untereinander gekoppelt sind, um eine serielle und parallele Verschaltung der Energiespeicherzellen bereitzustellen. Elektrische Energiespeichermodule können dabei Modulanschlüsse aufweisen, an welchen eine von der internen Verschaltung der elektrischen Energiespeicherzellen des elektrischen Energiespeichermoduls abhängige Ausgangsspannung abgreifbar ist.
-
1 stellt ein prinzipielles elektrisches Ersatzschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle dar. Die elektrische Energiespeicherzelle 10, die z.B. in einer Hochvolt-Batterie im Automotive-Bereich verwendet wird, weist eine elektrische Zellenimpedanz Z auf, wobei parallel zu einem Pluspol und zu einem Minuspol der Zellenimpedanz Z eine Kapazität C verschaltet ist. Die Kapazität C ist vorzugsweise als ein integraler Bestandteil der elektrischen Energiespeicherzelle 10 ausgebildet. Vorzugsweise weist die Kapazität C keine Zuleitungen auf, wodurch ein geringer äquivalenter Serienwiderstand (engl. ESR equivalent serial resistance) und eine geringe äquivalente Serieninduktivität (engl. ESL equivalent serial inductance) resultiert. Das Ersatzschaltbild von 1 stellt somit eine Art Schwingkreis dar, in welchem über eine Auslegung eines Kapazitätswerts der Kapazität C ein nach außen wirkender Induktivitätswert minimiert werden soll.
-
2 zeigt ein prinzipielles Konstruktionsdetail einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle 10. Zwischen einem auf positivem Potenzial liegenden Zellgehäuse 11 der elektrischen Energiespeicherzelle 10 und einem Ableiter 15 des Minuspols 14 ist eine dielektrische Schicht 16 angeordnet. Die dielektrische Schicht 16 ist vorzugsweise dünn (bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 µm bis 1 mm) ausgebildet und weist vorzugsweise eine hohe Dielektrizitätskonstante bzw. relative Permittivität auf, die wenigstens > 100, vorzugsweise > 1000 sein sollte. Ein beispielhaftes Material für die dielektrische Schicht 16 ist Bariumtitanat.
-
Gemäß der mathematischen Beziehung für die Kapazität eines Plattenkondensators: C = εr × ε0 × A / d mit den Parametern
- C
- Kapazität
- εr
- relative Permittivität des Dielektrikums
- ε0
- elektrische Feldkonstante
- d
- Abstand der Platten
- A
- Fläche der Platten
können zum Erreichen eines benötigten Kapazitätswerts die Größen A, εr und d variiert werden. Bei einer vorgegebenen Fläche A könnten z.B. der Abstand d und εr angepasst werden.
-
Mit der dielektrischen Schicht 16, dem Minuspol 14 und dem auf positivem Potenzial liegenden Zellgehäuse 11 wird somit ein Kondensator gebildet, der keine zusätzlichen Zuleitungen aufweist. Dadurch wird der der kapazitive Parallelpfad zwischen den Polen der elektrischen Energiespeicherzelle 10 auf möglichst kurzem Weg realisiert. Vorzugsweise ist eine horizontale Flächenabmessung des Minuspols 14 vergrößert, so dass auf diese Art und Weise günstigerweise eine größere Fläche für den Kondensator und somit ein größerer Kapazitätswert dargestellt werden kann.
-
3 zeigt schematisch ein Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle 10. Man erkennt, dass eine Oberfläche der dielektrischen Schicht 16 eine Strukturierung aufweist, die vorzugsweise auf den beiden gegenüberliegenden Flächen der dielektrischen Schicht 16 ausgebildet ist und auf einer Seite einer Strukturierung des Zellgehäuses 11 entspricht. Die Struktur ist vorzugsweise als eine Mikro- oder Nanostruktur ausgebildet und hat den Zweck, die Oberfläche der dielektrischen Schicht 16 noch weiter zu vergrößern, um auf diese Art und Weise einen vergrößerten Kapazitätswert darzustellen.
-
4 zeigt in einer prinzipiellen Querschnittsansicht ein konstruktives Detail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle 10. In diesem Fall ist im Inneren der elektrischen Energie Speicherzelle 10 nahe zwischen dem auf positiven Potenzial liegenden Zellgehäuse 11 und einem flächig ausgebildeten Ableiter 15 des Minuspols 14 eine dielektrische Schicht 16 mit einer hohen Dielektrizitätskonstante angeordnet. Dadurch wird innerhalb des Zellgehäuses 11 möglichst wenig Zusatzvolumen erzeugt, wodurch eine Energiedichte der elektrischen Energiespeicherzelle 10 vorteilhaft kaum bzw. nicht verschlechtert wird. Optional kann die dielektrische Schicht 16 zum Zwecke einer Vergrößerung ihrer Oberfläche eine mikro- oder nanostrukturierte Oberfläche aufweisen.
-
Zum Zwecke einer Isolation des Minuspols 14 vom Zellgehäuse 11 ist eine Isolierschicht 18 zwischen den Minuspol 14 und dem Zellgehäuse 11 angeordnet. Gleich wie bei den Ausführungsformen von 2 und 3 ist in dieser Ausführungsform eine horizontale Flächenabmessung des Minuspols 14 vorzugsweise groß ausgebildet, um auf diese Weise einen vergrößerten Kapazitätswert darzustellen. Vorteilhaft ist auf diese Art und Weise auch eine großflächige Kontaktierung unterstützt. Denkbar ist auch, dass anstelle der Isolierschicht 18 eine zusätzliche dielektrische Schicht 16 angeordnet ist, um auf diese Weise einen noch größeren Kapazitätswert darstellen zu können.
-
5 zeigt in einer prinzipiellen perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführungsform der elektrischen Energiespeicherzelle 10. Man erkennt, dass der Pluspol 12 an einer Vorderseite der Energiespeicherzelle 10 im Wesentlichen über die gesamte Vorderseite ausgebildet ist. Ebenso ist der Minuspol 14 an der Vorderseite der Energiespeicherzelle 10 (hinter dem Pluspol 12) im Wesentlichen über die gesamte Vorderseite herausgeführt, wobei mittels einer dielektrischen Schicht 16 der Pluspol 12 vom Minuspol 14 isoliert ist. Auf diese Art und Weise wird also extern von der elektrischen Energiespeicherzelle 10 ein externer Plattenkondensator bereitgestellt. Im linken Bereich der herausgeführten Pole 12, 14 kann eine galvanisch leitende Anbindung an eine weitere elektrische Energiespeicherzelle 10 (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um auf diese Weise ein elektrisches Energiespeichermodul 30 bereitzustellen.
-
6 zeigt in einer prinzipiellen Querschnittsansicht ein Konstruktionsdetail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherzelle 10. Man erkennt, dass in einem Teilbereich zwischen dem Ableiter 15 des Minuspols (nicht dargestellt) und dem Ableiter 13 des Pluspols (nicht dargestellt) eine dielektrische Schicht 16 angeordnet ist, die im Wesentlichen vollständig entlang einer Seitenwand und einer oberen Innenfläche der Energiespeicherzelle 10 geführt ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine möglichst große Fläche der dielektrischen Schicht 16 realisiert werden, wodurch ein maximaler Kapazitätswert darstellbar ist.
-
Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle 10 von 7 weist eine konstruktive Modifikation der Ausführungsform von 6 auf. Es ist erkennbar, dass nunmehr die dielektrische Schicht 16 in einem Teilbereich zwischen einem mittig herausgeführten Ableiter 15 des Minuspols (nicht dargestellt) und einem mittig herausgeführten Ableiter 13 des Pluspols (nicht dargestellt) im Wesentlichen großflächig entlang einer unteren Innenfläche der Energiespeicherzelle 10 ausgeführt ist.
-
Die Anordnung bzw. der Abstand zwischen den Ableitern 13, 15 ist lediglich beispielhaft und kann alternativ auch anders bzw. größer dimensioniert sein. Die zu realisierende Variante der dieelektrischen Schicht 16 hängt also im Wesentlichen von einer internen Ausgestaltung der Zellwickel der Energiespeicherzelle 10 ab, wodurch bereits in einer Entwurfsphase der Energiespeicherzelle 10 bestmöglich die Anforderungen an die erfindungsgemäße Parallelkapazität berücksichtigt werden können.
-
8 zeigt in einer prinzipiellen Ansicht von oben eine Realisierung der Erfindung auf Modulebene. In diesem Fall sind mehrere elektrische Energiespeicherzellen 10 mittels Verbindungselementen bzw. Dellverbindern 20, elektrisch in Serie geschaltet, wodurch als Gesamtmodulspannung die Summe der Einzelspannungen der elektrischen Energiespeicherzellen 10 abgreifbar ist. An einer Unterseite des dadurch gebildeten Energiespeichermoduls 30 ist ein Ableiter 15 für einen Minuspol (nicht dargestellt) herausgeführt. Zwischen dem Ableiter 15 und einem ebenfalls herausgeführten Ableiter 13 des Pluspols (nicht dargestellt) ist eine dielektrische Schicht 16 (schraffiert dargestellt) mit hoher Dielektrizitätskonstante angeordnet, wodurch auf einer maximalen Fläche zwischen den elektrischen Energiespeicherzellen 10 ein Parallelkondensator auf Modulebene realisiert ist.
-
9 zeigt in einer prinzipiellen Ansicht von oben eine konstruktive Abwandlung der Ausführungsform des Energiespeichermoduls 30 von 8. Man erkennt, dass in diesem Fall der Ableiter 13 verlängert entlang im Wesentlichen aller Energiespeicherzellen 10 ausgebildet ist, wobei die dielektrische Schicht 16 zwischen dem genannten Ableiter 13 und dem Ableiter 15 angeordnet ist. Zwischen dem Ableiter 13 und den Verbindungselementen 20 ist zum Zwecke einer Isolierung eine Isolierschicht 18 angeordnet.
-
10 zeigt in einer Ansicht von vorne eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls 30. Man erkennt, dass ein Ableiter 13 für den Pluspol (Katode, aus Aluminium) einer einzelnen Energiespeicherzelle auf eine positive Stromableiterschiene 21 kontaktiert ist. Weiterhin ist ein Ableiter 15 der Energiespeicherzelle für den Minuspol (Anode, aus Kupfer) auf eine negative Stromableiterschiene 22 kontaktiert. Mehrere der genannten Energiespeicherzellen 10 sind seriell miteinander elektrisch verschaltet, wobei die einzelnen Zellen mittels der Stromableiterschienen 21, 22 kontaktiert sind. Vorteilhaft wird also ein vorhandener Zwischenraum zwischen den Stromableiterschienen 21, 22 genutzt, um darin die dielektrische Schicht 16 anzuordnen, um auf diese Weise den Parallelkondensator zu bilden.
-
Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine technische Lösung bereitgestellt, um eine nach außen wirkende Zellinduktivität einer Batteriezelle bei einer Verwendung bei hohen Schaltfrequenzen in einem AC-Betrieb in einem Batteriesystem mit integriertem Umrichter zu verringern. Dadurch können schädliche Degradations- bzw. Alterungseffekte von elektronischen Leistungs-Halbleiterschaltern (z.B. MOS-FETs oder IGBTs, die z.B. in einer B4-Brückenschaltung miteinander verschaltet sind) aufgrund von Schaltvorgängen bei hohen Frequenzen vorteilhaft verringert werden, bzw. sogar eine Zerstörung der Halbleiterschalter vermieden werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Betriebsdauer der genannten Halbleiterschalter bedeutsam verlängert sein und die genannten Halbleiterschalter müssen keinen aufwändigen Zertifizierungsprozessen für den Avalanche-Betrieb unterworfen werden. Durch die reduzierten Verluste kann zudem ein Wirkungsgrad der Halbleiterschalter gesteigert werden.
-
Ein Design der Batteriezellen kann zur Umsetzung der Erfindung bereits frühzeitig angepasst werden, wodurch eine kostengünstige Realisierung der Erfindung möglich ist. Es kann daher vorteilhaft frühzeitig in das Zellendesign eingegriffen werden, um den kapazitiven Parallelpfad mit zu integrieren. Der kapazitive Parallelpfad zu den Polen ist somit ein integraler Bestandteil der elektrischen Energiespeicherzelle, die gewissermaßen eine Art Kombinationsbauteil mit den Funktionen Energiespeicherung und Kondensator darstellt.
-
Der kapazitive Parallelpfad soll eine möglichst hohe Kapazität mit folgenden Eigenschaften aufweisen:
- – möglichst große Kondensatorflächen durch eine geeignete Modifikation bzw. Gestaltung der positivem und negativen Stromableiter der elektrischen Energiespeicherzelle inklusive der Pole;
- – möglichst geringe Abstände zwischen den Kondensatorflächen mit positivem und negativem Potenzial, gefüllt mit einer dünnen dielektrischen Schicht, gegebenenfalls als Ersatz anstelle einer beim Stand der Technik verwendeten liegenden Schicht und;
- – eine möglichst hohe Dielektrizitätskonstante der Schicht; und
- – minimierte Zuleitungen zur Realisierung minimaler ESR und ESL.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Der Fachmann wird also die beschriebenen Merkmale der Erfindung abändern oder miteinander kombinieren können ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
-
Insbesondere wird er erkennen, dass die beschriebenen Polaritäten der Pole, Polableiter, technologischen Typen von Energiespeicherzellen, Batteriechemikalien, Verschaltungsarten, etc. lediglich beispielhaft sind, und sich dadurch auch ändern können. Ebenso sind sämtliche dargestellten Bauformen der elektrischen Energiespeicherzellen bzw. der elektrischen Energiespeichermodule lediglich beispielhaft und können durch andere geometrische Bauformen ergänzt bzw. ersetzt 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 102010041028 A1 [0006]
