DE-102024124597-B4 - ENERGIESPEICHERSYSTEM MIT MINDESTENS EINER ENERGIESPEICHERZELLE ZUM SPEICHERN VON ELEKTRISCHER ENERGIE

Abstract

Energiespeichersystem (1) mit mindestens einer Energiespeicherzelle (2) zum Speichern von elektrischer Energie, wobei das Energiespeichersystem (1) ein Gehäuse (3) mit mindestens zwei durch eine oder mehrere Gehäusewände oder Gehäusewandbereiche zumindest teil- oder bereichsweise getrennte Aufnahmebereiche zum Aufnehmen der mindestens eine Energiespeicherzelle (2) aufweist, wobei der mindestens eine Energiespeicherzelle (2) ein Aufnahmerahmen (4) zugeordnet ist, in welchem ein Endbereich der Energiespeicherzelle (2) zumindest teil- oder bereichsweise aufgenommen oder aufnehmbar ist, wobei der Aufnahmerahmen (4) in einem der Aufnahmebereiche des Gehäuses (3) aufgenommen und dort über eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Klebeverbindung (5), mit zumindest einem Bodenbereich des Aufnahmebereichs verbunden ist, und wobei zumindest in einem Zustand, in welchem der Endbereich der Energiespeicherzelle (2) zumindest teil- oder bereichsweise in dem Aufnahmerahmen (4) aufgenommen ist, der Aufnahmerahmen (4) ein Entgasungskanalsystem ausbildet, wobei der der mindestens einen Energiespeicherzelle (2) zugeordnete Aufnahmerahmen (4) derart ausgeführt ist, dass in einem Zustand, in welchem der Endbereich der Energiespeicherzelle (2) in dem Aufnahmerahmen (4) aufgenommen ist, zwischen einer unteren Fläche, insbesondere Stirnfläche, des Endbereichs der Energiespeicherzelle (2) und einer inneren Fläche eines Bodenbereiches (6) des Aufnahmerahmens (4) ein erster Entgasungskanalabschnitt (8) gebildet ist, welcher mit einem zwischen einem Seitenwandbereich des Endbereichs der Energiespeicherzelle (2) und einem Seitenwandbereich (7) des Aufnahmerahmens (4) ausgebildeten zweiten Entgasungskanalabschnitt (9) strömungsmäßig verbunden ist.

Inventors

• Marco Jansen

Assignees

• CLARIOS ADVANCED SOLUTIONS GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240828

Claims (9)

1. Energiespeichersystem (1) mit mindestens einer Energiespeicherzelle (2) zum Speichern von elektrischer Energie, wobei das Energiespeichersystem (1) ein Gehäuse (3) mit mindestens zwei durch eine oder mehrere Gehäusewände oder Gehäusewandbereiche zumindest teil- oder bereichsweise getrennte Aufnahmebereiche zum Aufnehmen der mindestens eine Energiespeicherzelle (2) aufweist, wobei der mindestens eine Energiespeicherzelle (2) ein Aufnahmerahmen (4) zugeordnet ist, in welchem ein Endbereich der Energiespeicherzelle (2) zumindest teil- oder bereichsweise aufgenommen oder aufnehmbar ist, wobei der Aufnahmerahmen (4) in einem der Aufnahmebereiche des Gehäuses (3) aufgenommen und dort über eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Klebeverbindung (5), mit zumindest einem Bodenbereich des Aufnahmebereichs verbunden ist, und wobei zumindest in einem Zustand, in welchem der Endbereich der Energiespeicherzelle (2) zumindest teil- oder bereichsweise in dem Aufnahmerahmen (4) aufgenommen ist, der Aufnahmerahmen (4) ein Entgasungskanalsystem ausbildet, wobei der der mindestens einen Energiespeicherzelle (2) zugeordnete Aufnahmerahmen (4) derart ausgeführt ist, dass in einem Zustand, in welchem der Endbereich der Energiespeicherzelle (2) in dem Aufnahmerahmen (4) aufgenommen ist, zwischen einer unteren Fläche, insbesondere Stirnfläche, des Endbereichs der Energiespeicherzelle (2) und einer inneren Fläche eines Bodenbereiches (6) des Aufnahmerahmens (4) ein erster Entgasungskanalabschnitt (8) gebildet ist, welcher mit einem zwischen einem Seitenwandbereich des Endbereichs der Energiespeicherzelle (2) und einem Seitenwandbereich (7) des Aufnahmerahmens (4) ausgebildeten zweiten Entgasungskanalabschnitt (9) strömungsmäßig verbunden ist.
2. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 1 , wobei das Entgasungskanalsystem in einen Innenraum des Gehäuses (3) des Energiespeichersystems (1) mündet und eine Entgasungsöffnung der mindestens eine Energiespeicherzelle (2) strömungsmäßig mit dem Innenraum des Gehäuses (3) verbindet, wobei das Gehäuse (3) des Energiespeichersystems (1) eine mit der Außenatmosphäre strömungsmäßig verbundene oder verbindbare Entgasungsöffnung aufweist.
3. Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 2 , wobei die Entgasungsöffnung der mindestens eine Energiespeicherzelle (2) und/oder die Entgasungsöffnung des Gehäuses (3) des Energiespeichersystems (1) ein Druckentlastungsventil aufweisen/aufweist.
4. Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei der Aufnahmerahmen (4) zumindest teil- oder bereichsweise derart komplementär zu dem Endbereich der Energiespeicherzelle (2) ausgeführt ist, dass der Endbereich der Energiespeicherzelle (2) zumindest im Wesentlichen formschlüssig in dem Aufnahmerahmen (4) aufgenommen oder aufnehmbar ist.
5. Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei der Aufnahmerahmen (4) einen vorzugsweise zylinderförmigen und insbesondere topfförmigen oder topfartigen Grundkörper mit einem Bodenbereich (6), über den der Aufnahmerahmen (4) mit dem Bodenbereich des Aufnahmebereichs des Gehäuses (3) stoffschlüssig verbunden ist, und mit einem mit dem Bodenbereich (6) des Grundkörpers verbundenen und den Bodenbereich (6) des Grundkörpers umgebenen Seitenwandbereich (7) aufweist.
6. Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei die innere Fläche des Bodenbereichs (6) des Aufnahmerahmens (4) eine insbesondere im Hinblick auf den Bodenbereich (6) zentral angeordnete Vertiefung aufweist, welche in einem Zustand, in welchem der Endbereich der Energiespeicherzelle (2) in dem Aufnahmerahmen (4) aufgenommen ist, mit der insbesondere unteren Stirnfläche des Endbereichs der Energiespeicherzelle (2) zumindest teil- oder bereichsweise den ersten Entgasungskanalabschnitt (8) ausbildet.
7. Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei die innere Fläche des Bodenbereichs (6) des Aufnahmerahmens (4) mindestens eine sich radial zu einem Peripheriebereich des inneren Bodenbereichs des Aufnahmerahmens (4) erstreckende, kanal-, rillen- oder rinnenförmige Vertiefung aufweist, welche in einem Zustand, in welchem der Endbereich der Energiespeicherzelle (2) in dem Aufnahmerahmen (4) aufgenommen ist, mit der insbesondere unteren Stirnfläche des Endbereichs der Energiespeicherzelle (2) zumindest teil- oder bereichsweise den ersten Entgasungskanalabschnitt (8) ausbildet.
8. Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei in dem Seitenwandbereich (7) des Aufnahmerahmens (4) mindestens eine sich in Längsrichtung des Seitenwandbereichs (7) erstreckende kanal-, rillen- oder rinnenförmige Vertiefung (10) ausgebildet ist, welche in einem Zustand, in welchem der Endbereich der Energiespeicherzelle (2) in dem Aufnahmerahmen (4) aufgenommen ist, mit einem Seitenwandbereich des Endbereichs der Energiespeicherzelle (2) zumindest teil- oder bereichsweise den zweiten Entgasungskanalabschnitt (9) ausbildet.
9. Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei die mindestens eine Energiespeicherzelle (2) als Supercap oder Ultracap ausgeführt ist; oder wobei die mindestens eine Energiespeicherzelle (2) als elektrochemischer Akkumulator ausgeführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem mit mindestens einer Energiespeicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie. Energiespeichersysteme der hierin berücksichtigten Art werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den Bereich der Energiespeichersysteme für Fahrzeuge, wobei es sich hierbei um Luft- oder Wasserfahrzeuge, um spurgeführte Fahrzeuge, oder bevorzugt um Straßenfahrzeuge handelt. Als Straßenfahrzeuge werden insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder Wohnmobile verstanden. Im Rahmen der Optimierung der Energiebilanz von Fahrzeuge, insbesondere Straßenfahrzeugen, und insbesondere zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs werden in Fahrzeuge vorhandene Akkumulatoren in verschiedene Konzepte einbezogen, beispielsweise bei Start/Stopp-Systemen oder bei der Energierückgewinnung beim Bremsen. Auch sind Fahrzeuge zunehmend mit fahrzeuginternen Systemen versehen, die mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Üblicherweise werden als Starterbatterie Bleiakkumulatoren eingesetzt, welche jedoch aufgrund ihrer niedrigen Energiedichten ein hohes Gewicht aufweisen. Lithium-Ionen-Akkumulatoren hingegen weisen eine relativ hohe Energiedichte auf. Zudem haben Lithium-Ionen-Akkumulatoren beispielsweise eine höhere Lebensdauer, eine geringere Selbstentladung, eine verbesserte Schnellladefähigkeit sowie geringere Wartungsintervalle im Vergleich zu herkömmlichen Bleiakkumulatoren. Insgesamt bestehen neue Anforderungen an Energiespeichersystemen, insbesondere Akkumulatoren, die über die bisherige Anforderung, zum Starten eines Verbrennungsmotors geeignet zu sein, hinausgehen. Zugleich sollen moderne Energiespeichersysteme, die den neuen Anforderungen entsprechen, aber möglichst bauraumgleich mit bisherigen Akkumulatoren sein, d.h. es darf kein zusätzlicher Bauraum verbraucht werden und die äußeren Abmessungen sollen möglichst weitgehend erhalten bleiben. Insgesamt werden, insbesondere aufgrund der steigenden Anzahl von Energieverbrauchern immer höhere Anforderungen an die Leistungsfähigkeit, das Gewicht, die Zuverlässigkeit und die Herstellungskosten von Energiespeichersystemen in Fahrzeugen gestellt. Energiespeicherzellen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, altern sowohl im Nichtbetrieb, auch kalendarische Alterung genannt, sowie im Betrieb, zyklische Alterung genannt. Durch die Alterung verändert sich die technischen Eigenschaften der Energiespeicherzelle. Diese Alterung führt oft, insbesondere abhängig von der eingesetzten Zellchemie, zu einer zellinternen Gasentwicklung durch Gasbildungsreaktionen. Daraus resultieren ein interner Druckanstieg und/oder eine Formänderung der Energiespeicherzelle. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, einen Druckanstieg oder eine Formänderung einer Energiespeicherzelle im Zell- und Batteriedesign zu berücksichtigen. Die Druckschrift US 2024 / 0 222 800 A1 betrifft ein Energiespeichersystem für ein Fahrzeug mit mehreren Energiespeicherzellen zum Speichern von elektrischer Energie. Das Energiespeichersystem weist ein Gehäuse auf, in welchem mehrere Aufnahmebereiche zum Aufnehmen entsprechender Energiespeicherzellen ausgebildet sind. In dem aufgenommenen Zustand ist ferner ein Entgasungskanalsystem ausgebildet. Energiespeichersysteme für verschiedene Anwendungen bestehen in der Regel aus vielen in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzel-Energiespeicherzellen. Die Energiespeicherzellen sind in der Regel in Zellblöcken, auch Module genannt, zusammengefasst, die jeweils eine gewisse Anzahl von Energiespeicherzellen enthalten sowie unter anderem deren mechanischer Fixierung, wie zum Beispiel Endplatten, zur Aufnahme der Verspannkraft. In den Einzelzellen kommt es aufgrund der Gasentwicklung durch Alterung zum Druckanstieg. Im Modul können sich die Zellen aufgrund der mechanischen Fixierung nur bis zu einem gewissen Grad ausdehnen. Ab diesem Punkt kann nur die Verspannkraft im Modul zunehmen, unter anderem durch Kompression des freigesetzten Gases. Diese nimmt bis Lebensdauerende weiter zu. Daraus resultieren zusätzliche notwendige Modulversteifungsmaßnahmen, die mehr Material benötigen und schwerer sind. Darüber hinaus wird die Energiedichte des Batteriesystems reduziert, was sich nachteilig auswirkt. Um auf solche Modulversteifungsmaßnahmen verzichten zu können, ist es ferner bekannt, in dem Gehäuse eines Energiespeichersystems eine mit der Außenatmosphäre strömungsmäßig verbundene oder verbindbare Entgasungsöffnung vorzusehen. Diese Entgasungsöffnung ist in der Regel mit einem Druckentlastungsventil versehen, welches eine strömungsmäßige Verbindung zwischen der Außenatmosphäre und dem Innenraum des Gehäuses bei einem bestimmten, kritischen Überdruck im Gehäuseinneren ermöglicht. Mit derartigen Entgasungsöffnungen in dem Gehäuse des Energiespeichersystems kann der sich im Inneren des Gehäuses aufbauende Überdruck aufgrund einer Gasentwicklung in den Energiespeicherzellen egali