CN101517674B - 储能模块 - Google Patents
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Abstract
储能模块通常由外壳和设置在其中的组件(5,5′,6,6′)构成。这些组件(5,5′,6,6′)在此是电容器、例如双层电容器和/或电解电容器。按照本发明,在外壳中设置填料(10),该填料在故障情况下将溢出的电解质液体或者还有电解质气体凝结。作为填料(10)考虑具有大的特殊表面积的材料松装、例如沸石或还有活性炭。必要时表面还具有催化涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有存储组件的储能模块,这些存储组件包含至少一种有机可燃电解质。
背景技术
现有技术已经公开了储能模块,为此例如参见申请者的未在先公开的名为“Vorrichtung mit wenigstens einem Doppelschichtkondensator(具有至少一个双层电容器的装置)”的德国专利申请DE102005041604A1。这样的储能模块包括外壳和在其中设置的组件、例如其中有可燃有机电解质的电容器。这样的电解质在不利的边界条件下会引起爆炸或爆燃。
在电容器中,特别是双层电容器中,还有在电解电容器和锂电池中主要使用有机电解质,其在故障或者损坏的情况下溢出时具有潜在的燃烧甚至爆炸危险。有时该有机电解质还具有低的蒸汽压力。为了尽可能避免压力过度上升和由此电解槽裂开,也有使用高沸点的(hoehersiedende)电解质的。但是具有这样的电解质的组件对极低温度情况下的应用是不适用的。
在目前的使用易燃电解质的大功率系统中,通过各种安全性装置、例如冗余的电子监控装置来提高被动安全性,或者将安装地点选择在可以排除临界环境条件的地方或故障运行例如燃烧或爆炸不会导致人员伤害的地方。
后者意味着,所描述的系统通常不能被安置在功能上对其有利的位置上。
在典型的故障情况下,模块将带有气态电解质的空气散发到周围环境中。必须通过迅速的排出而排除气态电解质的临界浓度。
在目前技术发展中致力于本身安全(eigensicher)地构造储能模块,使得不会发生故障。对此在本文开头提到的申请者的专利申请文件中已经提出了各种建议。
从DE10157272C2公知一种锂或锂离子电池,其中在所属的外壳中有不可燃烧的吸附剂。此外从DE10128627A1和DE102005007607A1中公知在外壳中分别具有吸收电容器排放物的介质的电容器装置,这些介质位于外壳的底部。
发明内容
与此相对,本发明要解决的技术问题是,进一步改进包含双层电容器或电解电容器的储能模块或模块外壳的本身安全性(Eigensicherheit),由此使整个系统能够满足更苛刻的安全性要求。应该实现这样一种储能模块,其可以更有利地构造并且由此还允许安装在具有人员接触的设施、例如铁路中。
本发明的内容是储能模块,其中在故障情况下,例如在过载或在机械损坏情况下,填料限制逸出蒸汽的自由路程长度。这样在蒸汽点燃的情况下还可以防止到电解槽(Zelle)的逆燃和爆炸性质的火焰蔓延。此外使溢出的电解质凝结(binden),由此可以避免例如通过飞溅导致的燃烧负载(Brandlast)。总而言之明显降低了燃烧或爆炸趋势。在此填料优选呈现为具有大的特殊表面积的材料例如沸石或活性炭的松装(Schuettung)。
对于后一个目的,优选在各个电解槽之间和围绕模决的电解槽的自由空间内设置合适的填料。这样选择在此使用的填料,使填料限制逸出气体的平均自由路程长度,并且具有凝结溢出的电解质的能力。也就是既实现了本身安全的原理又优选保证了对溢出气体的更可靠吸附。
在本发明中,在模块外壳内的压力上升优选保持在非临界范围中并且整个模块保持为气密地密封。对于模块外壳还要受到机械损坏的情况,凝结电解质的填料负责使溢出的电解质蒸汽和由此的损坏最小化。
如已经提到的,作为填料对于一定的目的优选使用沸石或活性炭,这些沸石或活性炭以公知方式以其开放的细孔和与此相关的大的特殊表面积而与众不同。作为对此的度量,给出所谓的BET面积,该面积应该>20m2/g。在此尤其是作为填料的活性炭在细孔表面上可以附加地具有催化涂层。作为催化涂层优选考虑贵金属,例如铂或铑。通过这样的涂层可以促进反应,由此使产生的气体在受控制的温度特性下慢慢消散、例如缓慢地被氧化。由此抵抗会导致模块外壳开裂的缓慢的压力演变。
附图说明
本发明的其它细节和优点从以下根据附图对实施例的描述中给出。
图1示出了储能模块和位于其中的组件的粗略示意图。
具体实施方式
在图1中示出了储能模块,该储能模块主要由向外密封封闭的外壳1组成。在模块外壳1中连续连接了多个作为单独电解槽的电容器,这些电容器实现为用于在工业设备、特别是还用于客运车辆中的一定应用的储能器。作为电容器特别地考虑双层电容器5。作为对此的替换还可以使用公知的电解电容器6。在图1中示出特殊的双层电容器5,5′,5″,...。
所使用的双层电容器5或电解电容器6,分别使用可燃有机电解质。在此在故障情况下会发生燃烧、爆炸或至少爆燃。为此必须采取适当的安全措施。该措施应满足本身安全性的原理,也就是说,不能要求其它功能元件。
此时建议,在各个电解槽5i或6i之间和围绕它们的自由空间中设置合适的填料10。
活性炭是多孔的以及开放细孔的并且由此具有大的特殊表面积。通过活性炭可以使得溢出的气体的平均自由路程长度受到限制。由此实现了回燃保护。
此外活性炭特别具有通过吸附和/或吸收来使溢出的电解质凝结的能力。由此使得模块外壳内的压力上升保持在非临界的范围内并且整个储能模块气密地密封。这对于储能模块的外壳1本身被损坏并且气体向外渗透的不大可能的情况也是这样。
由此通过活性炭对于液态的和气态的电解质都保证了安全性。为此目的必要时在填料的自由表面上还可以附加地具有催化涂层。作为催化涂层以公知方式考虑铂(Pt)或铑(Rh)。作为活性炭的替换还可以使用具有大的内表面的沸石。
此外作为可选的多孔的吸附剂还可以考虑海泡石(Sepiolith)和雪硅钙石(Tobermorit)。
对于给出的填料来说关键的是呈现主要的吸附作用,为此需要大的内表面积。作为对此的量度,引入所谓的BET(Brunauer,Emmett,Teller)面积,该面积要大于20m2/g,优选超过100m2/g。这必须通过在提到的沸石、海泡石、雪硅钙石中相应的选择和通过活性炭来确保。在此附加地可以具有催化涂层。
后面提到的材料可以作为填料以>0.3g/cm3的松装密度装入到外壳中。
通过前面描述的储能模块的实施方式,可以采用被动(或无源)的方式并由此非常成本合算地且特别可靠地提高具有双层电容器和锂电池的模块的本身安全性。
Claims (15)
1.一种具有存储组件的储能模块,这些存储组件包含至少一种有机可燃电解质,其特征在于,具有填料(10),该填料限制溢出的电解质蒸汽的平均自由路程长度,并且由此防止燃烧或爆炸在外壳(1)中的蔓延,其中,所述填料(10)具有催化涂层。
2.根据权利要求1所述的储能模块,其特征在于,所述外壳(1)包含作为组件的电解电容器。
3.根据权利要求1所述的储能模块,其特征在于,所述外壳(1)包含作为组件的双层电容器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的储能模块,其特征在于,所述填料(10)通过吸附和/或吸收来凝结溢出的电解质蒸汽。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的储能模块,其特征在于,所述填料(10)呈现为松装。
6.根据权利要求5所述的储能模块,其特征在于,所述松装具有0.5至5mm之间的颗粒分布和大于0.3g/cm3的松装密度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的储能模块,其特征在于,所述填料(10)具有至少20m2/g的BET表面积。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的储能模块,其特征在于,所述填料(10)具有至少100m2/g的BET表面积。
9.根据权利要求8所述的储能模块,其特征在于,所述催化涂层是贵金属。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的储能模块,其特征在于,所述填料(10)是BET表面积在500至2000m2/g之间的活性炭。
11.根据权利要求10所述的储能模块,其特征在于,所述活性炭是具有开放的细孔的并且在活性炭细孔的表面上涂覆了催化涂层。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的储能模块,其特征在于,所述填料(10)是沸石。
13.根据权利要求12所述的储能模块,其特征在于,所述填料(10)是海泡石。
14.根据权利要求13所述的储能模块,其特征在于,所述填料(10)是雪硅钙石。
15.根据权利要求8所述的储能模块,其特征在于,所述催化涂层是铂(Pt)或铑(Rh)。
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20111130 Termination date: 20200927 |