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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batterie, insbesondere eine Lithiumionenbatterie, mit zumindest zwei Batteriezellen und mit zumindest einem anisotropen Wärmeverteiler sowie auf die Verwendung derselben nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Eine Batteriezelle ist ein elektrochemischer Energiespeicher, der bei seiner Entladung die gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in elektrische Energie umwandelt. Es zeichnet sich ab, dass in der Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie Windkraftanlagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, wie auch bei Elektronikgeräten neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bzgl. Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Aufgrund ihrer großen Energiedichte werden insbesondere Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge verwendet.
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Die
US2013/0323564 offenbart ein Batteriepack mit einer Mehrzahl an prismatischen Batteriezellen, welche aufeinander gestapelt vorliegen. Zwischen benachbarte Batteriezellen im Batteriestapel ist je ein Wärmeverteiler aus Graphit angeordnet. Der Wärmeverteiler weist zwei Hauptoberflächen auf, wobei die Hauptoberflächen in Kontakt mit einem Kühlblech stehen.
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In der
DE102014004764 ist ein Wärmetauscher offenbart, welcher eine Wärmeleiterplatte umfasst, die ein anisotrop wärmeleitendes Material enthält, dessen Wärmeleitfähigkeit parallel zu einer Hauptoberfläche der Wärmeleiterplatte höher ist als senkrecht zu der Hauptoberfläche. Desweiteren weißt der Wärmetauscher einen Kanal für ein Wärmeträgerfluid auf, wobei der Abstand zwischen einer Übertragungskante der Wärmeleiterplatte und dem Kanal kleiner ist als die Stärke der Wärmeleiterplatte.
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Die
US 2013/0273413 offenbart eine Batterie mit einer Vielzahl an Zellen, welche auf einer Platte angeordnet sind. Im betriebsfertigen Zustand nimmt die Batterie eine asymmetrische Form an, wodurch verfügbarer Raum innerhalb eines tragbaren elektronischen Gerätes genutzt werden kann.
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Die
WO 2014/038891 weist eine Sekundärbatterie mit einer Vielzahl von Elektrodenensembles auf, welche in Einbuchtungen einer zusammenhängenden Umhüllung eingebracht sind. Die Umhüllung wird dann jeweils zwischen den Elektrodenensembles abgetrennt, sodass die Elektrodenensembles in deren Einbuchtungen getrennt voneinander vorliegen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Batterie, insbesondere eine Lithiumionenbatterie, sowie die Verwendung derselben mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt.
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Im Vergleich zu isotropen Wärmeverteilern, welche Wärme richtungsunabhängig weiterleiten, leiten anisotrope Wärmeverteiler Wärme richtungsabhängig weiter, und somit unterschiedlich gut in unterschiedlichen Richtungen. Im Sinne dieser Erfindung leitet der anisotrope Wärmeverteiler Wärme seht gut in der Ebene weiter, beispielsweise mit einer Wärmeleitfähigkeit von 250 W/mK bis zu 10000 W/mK und senkrecht zur Ebene mit einer deutlich geringeren Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise von 5 W/mK bis 200 W/mK. Somit wird Wärme von dem Wärmeverteiler in der Ebene sehr effizient weitergeleitet, während Wärme senkrecht zur Ebene weniger stark weitergeleitet wird.
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Unter dem Begriff thermisches Durchgehen einer Batteriezelle ist gemeint, dass eine Batteriezelle aufgrund eines Defekts exotherm reagiert und so viel Wärme generiert, dass sie überhitzt. Dies hat in der Regel zur Folge, dass diese kaputt geht. Die von der thermisch durchgehenden Batteriezelle generierte Wärme wird an benachbarte Batteriezellen weitergeleitet, welche dann ebenfalls in einen exothermen Zustand übergehen und durch Überhitzung kaputt gehen. Dieser Prozess folgt einer Kettenreaktion und ist kaum aufzuhalten mit der häufigen Folge eines Brandes und/oder einer Explosion. Aus diesem Grund ist dieser Fall unbedingt zu vermeiden.
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Die erfindungsgemäße Batterie weist zumindest zwei Batteriezellen und zumindest einen anisotropen Wärmeverteiler auf, wobei die zumindest zwei Batteriezellen in einer Ebene benachbart zueinander auf der gleichen Seite des anisotropen Wärmeverteilers, unmittelbar in wärmeleitendem Kontakt mit diesem, angeordnet sind.
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Vorteilhaft hierbei ist, dass im Falle eines Durchgehens einer Batteriezelle, die durch diese fehlerhafte Batteriezelle entstehende Wärme, sehr effizient über den Wärmeverteiler von der fehlerhaften Batteriezelle weggeleitet wird. Durch die sehr gute Wärmeleitung in der Ebene, wird die Wärme auf diese Weise an die zumindest eine benachbarte Batteriezelle und vorteilhaft an viele, in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmeverteiler stehende Batteriezellen weitergeleitet. Durch die Ableitung der Wärme weg von der defekten Batteriezelle, wird deren Überhitzung zumindest verzögert, was beispielsweise weiteren Sicherheitsmechanismen mehr Zeit gibt zu greifen. Durch die Weiterleitung der Wärme an viele mit dem Wärmeverteiler in Kontakt stehende Batteriezellen, überhitzen die unmittelbar neben der fehlerhaften Batteriezelle lokalisierten Batteriezellen weniger schnell, da die Wärme nicht nur an diese weitergeleitet wird, sondern auch an weiter entfernt liegende Batteriezellen. Auf diese Weise erhitzen nicht wenige Batteriezellen stark, sondern viele Batteriezellen etwas. Dass die zumindest zwei Batteriezellen in der vorliegenden Erfindung benachbart zueinander auf der gleichen Seite des anisotropen Wärmeverteilers angeordnet sind, ist ein entscheidender Vorteil gegenüber aufeinander gestapelten Batteriezellen. Gestapelten Batteriezellen weisen keine direkt an diese angrenzenden benachbarten Batteriezellen auf, wodurch die Wärme in der Ebene nicht durch einen Wärmeverteiler auf weitere Batteriezellen verteilt werden kann.
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Im normalen Betriebszustand ohne Fehlerfall unterstützt der anisotrope Wärmeverteiler die Wärmeableitung aus den Batteriezellen zu einer Kühlplatte. Hiermit ist gemeint, dass die Wärme generell zwischen den nebeneinander angeordneten, wärmeleitend mit dem anisotropen Wärmeverteiler verbundenen Batteriezellen aufgeteilt wird und die Ableitung der Wärme dann entweder über den anisotropen Wärmeverteiler oder über die Batteriezellen an die Kühlplatte erfolgt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Batterie und des Batteriezellsystems ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In einer Ausführungsform ist der anisotrope Wärmeverteiler eine Graphitfolie. Die Kohlenstoffatome sind im Graphit in einer hexagonalen Schichtstruktur angeordnet. Innerhalb dieser so genannten Basalebenen oder Graphenschichten herrscht zwischen den Kohlenstoffatomen eine extrem starke kovalente Bindung. Die parallel angeordneten Schichten sind dagegen untereinander nur sehr schwach gebunden. Dies führt zu einer sehr starken Anisotropie der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit.
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Die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Basalebenen liegt bei 103 bis 104 W/km, die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Basalebenen, also die Wärmeleitfähigkeit senkrecht zu den jeweiligen Basalebenen beträgt beispielsweise 101 bis 102 W/km.
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In einer alternativen Ausführungsform ist der Wärmeverteiler ein Wärmerohr.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen den aneinander angrenzenden Zellgehäuseflächen benachbarter Batteriezellen ein thermischer Isolator eingebracht, welcher einen Wärmeübergang zwischen den aneinander angrenzenden Zellgehäuseflächen der benachbarten Batteriezellen verhindert. Somit kann die entstehende Wärme im normalen Betrieb oder im Fehlerfall bei einer sich exotherm erwärmenden Batteriezelle nicht unmittelbar an eine benachbarte Batteriezelle weitergeleitet werden, sondern lediglich über den Wärmeverteiler an benachbarte Batteriezellen. Vorteilhaft hierbei ist, dass sich die benachbarten Batteriezellen weniger stark erwärmt, da der Wärmeverteiler die Wärmeenergie an viele Batteriezellen verteilt und nicht nur an die unmittelbar benachbarten Batteriezellen. Hierdurch sind die Batteriezellen, welche sich neben einer sich stark erwärmenden Batteriezelle befinden, vor einer schnellen zu starken Erwärmung und somit im Optimalfall vor einem thermischen Durchgehen geschützt. Dies schützt die Komponenten der Batteriezelle, welche somit keinen zu hohen Temperaturen ausgesetzt sind und verlängert die Lebenszeit der Batterie, sowie auch deren Sicherheit.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der thermische Isolator als Folie ausgeführt. Vorteilhaft hierbei ist, dass eine Folie flexibel ist, und sich somit Bewegungen der Batterie anpassen kann, ohne beschädigt zu werden. Solche Bewegungen treten beispielsweise bei Schwingungen durch Fahren auf holprigen Straßen bei einer sich in einem Fahrzeug befindlichen Batterie auf. Ein als Folie ausgeführter Isolator bleibt in Kontakt zu den an diesem angeordneten Batteriezellen, da sich die Folie an die Batteriezellen anschmiegen kann. Zudem ergibt sich beispielsweise kein Luftspalt, der thermisch isolierend wirken kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Material des thermischen Isolators ein Polyurethan, ein Polystyrol, Blähperlit, ein Schaumglas, Kalziumsilikat, Glimmer, Steinwolle, ein Mineralpapier und/oder mineralische Fasern, die als Flammbarriere wirken und eine Brandausbreitung verhindern können.
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In einer Ausführungsform haftet der thermische Isolator mittels eines Klebstoffs an den Batteriezellen. Alternativ werden der thermische Isolator und die Batteriezellen beim Zusammenbau miteinander verspannt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der thermische Isolator eine Dicke von 1-10mm auf, insbesondere von 3-5 mm. Vorteilhaft hierbei ist, dass bei dieser Dicke die Isolationswirkung so stark ist, dass benachbarte Batteriezellen einer sich erhitzenden Batteriezelle nicht ebenfalls thermisch durchgehen, da der Elektrolyt der benachbarten Batteriezellen unter einer kritischen Temperatur bleibt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Batterie zumindest ein Batteriezellsystem auf, umfassend eine Pouchfolie mit zumindest zwei Taschen und zumindest zwei Elektrodenverbunden. Die Elektrodenverbunde sind in die voneinander separierten Taschen der Pouchfolie eingebracht, sodass je ein Elektrodenverbund zusammen mit einer Tasche der Pouchfolie eine Batteriezelle bildet, wobei die Batteriezellen physisch über die Pouchfolie faltbar miteinander verbunden sind.
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Unter dem Begriff Pouchfolie ist im Rahmen dieser Erfindung eine flexible Folie, insbesondere eine Verbundfolie, zu verstehen, welche elektrolytundurchlässig ist.
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Die Pouchfolie umfasst beispielsweise ein Laminat. Das Laminat umfasst beispielsweise Aluminium. Alternativ umfasst das Laminat kein Aluminium, insbesondere kein Metall.
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Unter dem Begriff Elektrodenverbund ist ein Verbund umfassend zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode zu verstehen, welche Lithiumionen reversibel ein- und auslagern können.
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Während des Ladens von Lithiumionen-Zellen wandern Lithiumionen von der Kathode durch den Elektrolyten zur Anode und werden in diese eingelagert. Gleichzeitig wandern Elektronen über einen externen Kreislauf ebenfalls von der Kathode zur Anode. Beim Entladen von Lithiumionen-Zellen laufen diese Vorgänge in umgekehrter Richtung ab, sodass Lithiumionen von der Anode zur Kathode wandern und dort in diese eingelagert werden.
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Desweiteren umfasst der Elektrodenverbund zumindest einen Separator, der die Anode und die Kathode sowohl räumlich als auch elektrisch voneinander trennt und beispielsweise ein Polyolefin umfasst. Die Anode, der Separator und die Kathode können ineinander aufgewickelt sein oder aufeinander gestapelt vorliegen.
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Vorteilhaft bei einer erfindungsgemäßen Batterie mit dem Batteriezellsystem ist, dass ein solches Batteriezellsystem sehr flexibel gestaltbar ist. Die Pouchfolie mit den zusammenhängenden Taschen ist auf verschiedenste Weise faltbar, sodass die Form des Batteriezellsystems und somit auch die Kontaktierung der einzelnen Pouchzellen individuell gestaltbar sind, beispielsweise in Bezug auf Platzbedarf, Größe, Falttechniken und Kontaktierungsmöglichkeiten. Zudem vorteilhaft ist, dass das Batteriezellsystem kein Limit aufweist, was die Stapelhöhe betrifft. Es können beispielsweise mehrere Batteriezellsysteme aufeinander gestapelt werden oder zumindest ein Batteriezellsystem wird derart gefaltet, dass die zusammenhängenden Pouchzellen aufeinander angeordnet vorliegen. Desweiteren ist das vorgeschlagene Batteriezellsystem flexibel in Bezug auf die eingesetzte Zellchemie. Es kann beispielsweise ein Festkörper-Zellsystem eingesetzt werden beispielsweise mit einem Feststoff als Elektrolyt. Alternativ wird ein flüssiger Elektrolyt eingesetzt. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Elektrodenverbunde, welche in die Taschen der Pochfolie eingebracht sind, aufgrund der flexiblen sie umgebenden Pouchfolie anschwellen können, beispielsweise durch Ein- und Auslagerungsvorgänge der Lithiumionen oder altersbedingt. Dies verhindert Verschiebungen und Beschädigungen der Elektrodenverbunde aufgrund zu großem auf diese einwirkenden Druck.
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Desweiteren vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Batterie mit Pouchfolie ist, dass die Pouchfolie sehr flexibel ist, wodurch die Struktur mit den zusammenhängenden Taschen sehr einfach herstellbar ist, da sich die Pouchfolie biegen, umschlagen, erwärmen und siegeln lässt ohne beschädigt zu werden und auch nach der Herstellung biegsam, elastisch und faltbar ist. Auch werden Kosten eingespart, da die Produktion der Pouchfolie fortlaufend an einem Stück erfolgen kann, was wenig Arbeitsaufwand erfordert und sehr zeiteffektiv ist. Desweiteren sind die Materialkosten einer Pouchfolie sehr niedrig beispielsweise im Vergleich zu anderen Umhüllungen oder Gehäusen von Elektrodenverbunden wie beispielsweise prismatischen Hartschalengehäusen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das zumindest eine Batteriezellsystem auf dem anisotropen Wärmeverteiler angeordnet. Vorteilhaft hierbei ist, dass viele oder alle Batteriezellen des Batteriezellsystems an dem Wärmeverteiler anliegen und die Wärme einer oder mehrere Batteriezellen im Betrieb oder die Wärme einer exotherm reagierenden Batteriezelle im Fehlerfall, somit an die Batteriezellen des Batteriezellsystems verteilt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Batterie zumindest zwei Batteriezellsysteme auf, welche beidseitig des anisotropen Wärmeverteilers angeordnet sind. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Wärme einer oder mehrerer Batteriezellen eines ersten Batteriezellsystem zudem über den Wärmeverteiler an Batteriezellen eines zweiten Batteriezellsystems verteilt werden kann, wodurch die einzelnen Batteriezellen der Batteriezellsysteme jeweils weniger Wärmeenergie aufnehmen müssen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Kühlplatte parallel zu dem zumindest einen Wärmeverteiler angeordnet, sodass sich die Kühlplatte und der Wärmeverteiler insbesondere nicht berühren. Vorteilhaft hierbei ist, dass der Wärmeverteiler die Wärme an ein-oder beidseitig von diesem angeordnete Batteriezellen verteilt. Über Batteriezellen, welche an die Kühlplatte angrenzen kann die Wärme, welche über den Wärmeverteiler an diese übergeht an die Kühlplatte abgegeben werden. Dadurch, dass der Wärmeverteiler und die Kühlplatte parallel zueinander angeordnet sind entsteht beispielsweise kein großes Temperaturgefälle im Vergleich zu Batterien, deren Wärmeverteiler an einem Ende direkt mit der Kühlplatte in Verbindung stehen.
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Desweiteren findet die erfindungsgemäße Batterie in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug Verwendung. Alternativ findet die Batterie beispielsweise Anwendung in Schiffen, Zweirädern, Flugzeugen, stationären Energiespeichern, Elektrowerkzeugen, Unterhaltungselektronik und/oder Haushaltsgeräten.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- Figur la: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Batterie gemäß dem Stand der Technik,
- 1b: eine schematische Darstellung der Batterie gemäß 1a im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle der Batterie,
- 2a: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Batterie mit einem Wärmeverteiler,
- 2b: eine schematische Darstellung der Batterie gemäß 2a im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle der Batterie, und
- 3: eine schematische Darstellung einer 3D-Ansicht eines Batteriezellsystems einer erfindungsgemäßen Batterie mit einer Pouchfolie und Elektrodenverbunden.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1a ist eine Batterie 100 gemäß dem Stand der Technik offenbart. Die Batterie 100 weist ein Batteriegehäuse auf, welches eine erste Batteriegehäusehälfte 20a und eine zweite Batteriegehäusehälfte 20b aufweist. Die Batterie 100 weist zwanzig Batteriezellen 10a-t auf, welche beispielhaft für eine beliebige Anzahl an Batteriezellen 10 stehen. Desweiteren weist die Batterie 100 eine Kühlplatte 22 auf. Die Kühlplatte 22 ist mittig zwischen den Batteriezellen 10 angeordnet und dient dazu, die von den Batteriezellen 10a-t auf die Kühlplatte 22 übertragene Wärme abzuleiten.
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1b zeigt die Batterie 100 gemäß 1a im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle 10i. Batteriezelle 10i ist aufgrund einer exothermen Wärmeentwicklung überhitzt und kaputt gegangen. Die Wärme der Batteriezelle 10i breitet sich auch an die unmittelbaren Nachbarzellen 10e, 10m und 10j über deren aneinandergrenzende Batteriezellgehäuse aus. Die Batteriezellen 10e, 10m und 10j werden immer heißer, entwickeln ebenfalls eine exotherme Wärmebildung und gehen schließlich aufgrund von Überhitzung kaputt. Auf diese Weise setzt sich eine Kettenreaktion in Gang, die sich kaum mehr aufhalten lässt und zumeist einen Brand und/oder eine Explosion zur Folge hat.
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In 2a ist eine erfindungsgemäße Batterie 100 offenbart. Im Unterschied zu der in 1a dargestellten Batterie 100 umfasst die erfindungsgemäße Batterie 100 einen anisotropen Wärmeverteiler 24 zwischen Batteriezelllagen 31-34. Eine Batteriezelllage 31-34 umfasst alle Batteriezellen 10, welche nebeneinander in einer Ebene liegen. In 2a ist ein anisotroper Wärmeverteiler 24 zwischen Batteriezelllage 31 und 32 und zwischen Batteriezelllage 33 und 34 angeordnet. Der anisotrope Wärmeverteiler 24 ist beispielsweise eine Graphitfolie oder ein Wärmerohr. Zwischen den Batteriezelllagen 32 und 33 ist eine Kühlplatte 22 angeordnet. Zwischen die Batteriezellen 10 einer Batteriezelllage 31-34 ist jeweils ein thermischer Isolator 27 eingebracht. Der thermische Isolator 27 grenzt beidseitig an die Batteriezellgehäuse der jeweiligen Batteriezellen 10a-10t. Der thermische Isolator 27 verhindert einen direkten Wärmeübergang von einer Batteriezelle 10 auf eine benachbart angeordneten Batteriezelle 10 derselben Batteriezelllage 31-34. Der thermische Isolator 27 ist beispielsweise Als Folie ausgeführt. Der thermische Isolator 27 umfasst beispielsweise ein Polyurethan, ein Polystyrol, Blähperlit, ein Schaumglas, Kalziumsilikat, Glimmer, Steinwolle und/oder ein Mineralpapier. Der thermische Isolator 27 weist beispielsweise eine Dicke von 1-10mm, insbesondere von 3-5mm, auf. Die in 2a dargestellte Anordnung ist lediglich beispielhaft. Es kann ein anisotroper Wärmeverteiler 24 zwischen jeder Batteriezelllage 31-34 angeordnet sein oder beispielsweise zwischen jeder zweiten oder jeder n-ten Batteriezelllage. In einer nicht dargestellten vorteilhaften Ausführungsform ist ein Wärmeverteiler 24 direkt auf der Kühlplatte 22 angeordnet, insbesondere beidseitig der Kühlplatte 22. Die Batteriezellen 10a-10t sind beispielsweise prismatische Batteriezellen 10a-t mit einem festen Batteriezellgehäuse. In einer alternativen Ausführungsform sind die Batteriezellen 10a-10t Pouchzellen. In einer Variante der alternativen Ausführungsform mit Pouchzellen sind die Pouchzellen in einem Batteriezellsystem 1 organisiert. Dieses ist in 3 beschrieben.
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In 2b ist die Batterie 100 gemäß 2a im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle 10i dargestellt. Batteriezelle 10i ist aufgrund einer exothermen Wärmeentwicklung überhitzt. Batteriezelle 10i grenzt unmittelbar an den anisotropen Wärmeverteiler 24 an, sodass die produzierte Wärme direkt an den anisotropen Wärmeverteiler 24 abgegeben wird. Dieser leitet die Wärme in der Ebene schnell weiter und verteilt die Wärme auf die an den Wärmeverteiler 24 direkt angrenzenden Batteriezellen 10j, e, f, m, n, a, b, q und r, sodass sich diese etwas erwärmen. Die Wärmeaufnahme ist jedoch so gering, dass die entsprechenden Batteriezellen 10j, e, f, m, n, a, b, q und r, keinen Schaden nehmen und normal weiter betrieben werden können. Durch die Batteriezellen 10b, f, j, n und r wird Wärme zudem an die Kühlplatte 22 abgegeben, welche wiederum einen Teil der Wärme an die auf der anderen Seite der Kühlplatte 22 angeordneten Batteriezellen 10c, g, k, o und s abgibt, welche sich dann ebenfalls schwach erwärmen. Die direkt in der Batteriezelllage 31 an die Batteriezelle 10i angrenzenden Batteriezellen 10e und 10m werden nicht unmittelbar durch die freiwerdende Wärme der Batteriezelle 10i erhitzt, da ein Wärmeübergang von dem zwischen den Batteriezellgehäusen angeordneten thermischen Isolator 27 verhindert wird. Mit der erfindungsgemäßen Batterie 100 kann so eine Kettenreaktion thermisch durchgehender Batteriezellen 10a-t verhindert werden.
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In 3 ist ein Batteriezellsystem 1 einer Batterie 100 dargestellt. Das Batteriezellsystem 1 weist eine Pouchfolie 3 und drei Elektrodenverbunde 5 auf. Die drei Elektrodenverbunde 5 stehen beispielhaft für eine beliebige Anzahl an Elektrodenverbunden 5.
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Die Pouchfolie 3 weist eine Länge L und eine Breite B auf, wobei die Länge L länger ist als die Breite B. Die Pouchfolie 3 bildet voneinander separierte Taschen 12, welche faltbar miteinander verbunden sind. Die Pouchfolie 3 ist elektrolytundurchlässig.
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Jeder Elektrodenverbund 5 weist eine Anode mit einer Anodenkontaktfahne 7, einen Separator und eine Kathode mit einer Kathodenkontaktfahne 8 auf, welche aufeinander gestapelt vorliegen. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform weist ein Elektrodenverbund 5 mehrere Anoden und/oder Anodenkontaktfahnen 7 und mehrere Kathoden und/oder Kathodenkontaktfahnen 8 auf. In jede Tasche 12 der Pouchfolie 3 ist ein Elektrodenverbund 5 derart eingebracht, dass die Anodenkontaktfahne 7 und die Kathodenkontaktfahne 8 versetzt zueinander über eine erste Seitenlänge L1 der Pouchfolie 3 überstehen.
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Je ein Elektrodenverbund 5 bildet zusammen mit einer Tasche 12 der Pouchfolie 3 eine Batteriezelle 10 aus.
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Die Pouchfolie 3 umfasst beispielsweise ein Laminat umfassend zumindest einen Kunststoff, insbesondere ein Polyolefin wie beispielsweise ein Polyethylen und/oder ein Polypropylen. In einer Ausführungsform umfasst die Pouchfolie 3 kein Aluminium, insbesondere kein Metall.
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Die Pouchfolie 3 ist entlang der Längserstreckung umgeschlagen, sodass eine erste Pouchfolienhälfte 3a und eine zweite Pouchfolienhälfte 3b vorliegen. In die Pouchfolienhälften 3a, 3b sind der Breite B nach in, insbesondere regelmäßigen, Abständen Quernähte 14a eingebracht, welche räumlich voneinander getrennte Taschen 12 bilden. Die Quernähte 14a sind beispielsweise durch Versiegeln der beiden Pouchfolienhälften 3a, 3b miteinander eingebracht. Die Taschen 12 der Pouchfolie 3 sind der Länge L nach durch eine Längsnaht 14b verschlossen, welche beispielsweise durch Versiegeln der Pouchfolienhälften 3a, 3b an deren offenem Ende eingebracht ist. Hierbei sind auch die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 in einem Bereich in welchem diese an den Pouchfolienhälften 3a, 3b anliegen, mit eingesiegelt.
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In die Taschen 12 der Pouchfolie 3 ist beispielsweise ein Elektrolyt, insbesondere ein flüssiger Elektrolyt eingebracht, wobei die Taschen 12 eine Barriere für den Elektrolyten bilden.
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In 2a bestehen die Batteriezelllagen 31-34 beispielsweise jeweils aus einem Batteriezellsystem 1 gemäß 3, sodass jedes Batteriezellsystem 1 einer Batteriezelllage 31-34 entspricht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0323564 [0003]
- DE 102014004764 [0004]
- US 2013/0273413 [0005]
- WO 2014/038891 [0006]
