CN111276658A - 安全装置和具有安全装置的电化学能量存储器 - Google Patents

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Abstract

用于电化学能量存储器的安全装置（100），其特征在于，所述安全装置（100）具有破裂阀（101）和冷却装置（102）。

Description

安全装置和具有安全装置的电化学能量存储器
技术领域
本发明涉及一种用于电化学能量存储器的安全装置、一种具有这样的安全装置的电化学能量存储器以及一种用于保护电化学能量存储器的方法。
背景技术
用于电动车辆的电池必须确保高的有效距离。为此力求高的能量密度。锂离子技术和后锂离子技术是合适的技术，因为它们具有非常高的能量密度。
在此不利的是，在故障情况下由于高的反应动力学和同时大的、释放的能量可能导致危险的情况，如火灾或爆炸。
因此重要的是，防止电池单池的自身加速的加热并且避免从一个电池单池传播到下一个电池单池。单个单池的脱气（Entgasen）已经可以导致，热气体或甚至是火由于电池组的过压阀或破裂阀（Berstventil）而到达外部并且因此将行人或甚至车辆乘员置入危险之中。
发明内容
本发明的任务在于，既没有火也没有热气体从电池到达外部。
根据本发明的用于电化学能量存储器的安全装置包括破裂阀和冷却装置。
在此有利的是，这涉及一种两级的安全系统，其通过降低排出的气体的温度来防止排出热气体。
在一种改进方案中，冷却装置布置在破裂阀的后方。
在此有利的是，通过破裂阀释放的气体借助于冷却装置冷却下来，从而降低了人员在其上受伤的危险。
在另一种设计方案中，冷却装置是被动的。
在此有利的是，冷却装置是成本有利的并且经体积优化的。
在一种改进方案中，冷却装置具有用于冷却液的管。
在此有利的是，快速地实现气体的温度降低。
在另一种设计方案中，冷却装置包括冷却板。
在此有利的是，它是一种简单的冷却装置。
根据本发明的能量存储器包括如下安全装置，所述安全装置具有破裂阀和冷却装置。
在此有利的是，防止电池的爆炸并且冷却在电池单池脱气时从电池组中逸出的或在热失控（Durchgehen）时离开电池组的气体，从而降低了对乘客和行人的伤害的危险。
在一种改进方案中，安全装置被布置在电化学能量存储器的壳体内部。
在此有利的是，热气体在壳体内部被冷却下来并且不到达外部。
在另一种设计方案中，冷却装置布置在破裂阀的后方。
在一种改进方案中，冷却装置是被动的。
在另一种设计方案中，冷却装置具有用于冷却液的管。
在一种改进方案中，冷却装置包括冷却板。
在此有利的是，排出的气体流可以沿着冷却板转向并且冷却板直接用作热交换器。
根据本发明的固定装置或车辆包括根据本发明的电化学能量存储器。
根据本发明的用于保护电化学能量存储器的方法包括：使得电化学能量存储器内部的电池单池脱气，和当电化学能量存储器内部的压力超过预先确定的极限值时操纵破裂阀；以及借助于直接位于破裂阀后方的冷却装置将从破裂阀排出的气体冷却到自燃温度以下的值。
其它优点由下面对实施例的描述或从属权利要求得出。
附图说明
下面借助于优选的实施方式和附图对本发明进行解释。示出：
图1示出了用于电化学能量存储器的安全装置，
图2示出了具有安全装置的电化学能量存储器，并且
图3示出了用于保护电化学能量存储器的方法。
具体实施方式
图1示出了用于电能量存储器的安全装置100。安全装置100包括破裂阀101和冷却装置102。冷却装置102是被动的。在一个实施例中，冷却装置102布置在破裂阀101的后方，使得通过破裂阀101排出的热气体能够快速冷却下来，尤其是在自燃温度之下。冷却到自燃温度以下是必要的，因为在电池组中通常存在很少的空气、即氧气。如果电池单池脱气并释放可燃气体，则因此仅一部分气体由于电池组内的低氧含量而可以燃烧。排出的剩余物在离开电池组时才在高于自燃温度的温度下自燃。气体冷却至低于自燃温度是必要的，尤其是在位于破裂阀附近的脱气的电池单池中，因为排出的气体由于脱气的电池单池和破裂阀之间的短的距离而不可能降低其在电池组内部的温度。
在一个实施例中，冷却装置102包括由铝构成的薄片103。铝的比热容为900 kJ/（kg * K），从电池单池排出的可自燃气体的比热容例如总计为2 kJ/（kg * K）。来自电池单池的气体排出温度例如能够处于大约1000℃。这意味着，来自具有大约100 g电解质的电池单池的可自燃气体能够携带大约200 kJ热能。因此，在热力学上，大约100 ml的铝的体积就已经足以吸收排出的热量并且将气体的温度降低到低于450℃。在本示例中，在假定碳酸二甲酯是具有最低自燃温度458℃的电解质的组分的情况下选择450℃。然而，由于气体在电池组内的停留时间短并且冷却装置的热交换容量有限，所以冷却装置应当始终设计得更大。此外，气体应该被冷却到的目标温度决定性地取决于在单池中所使用的电解质，其主要形成可自燃气体。冷却装置的大小取决于每个电池单池的单池容量或电解质量、所使用的电解质以及分解产物。在此，在电池单池脱气时能够认为，最多50%的电解质从单池中蒸发。在前述示例中，相应地仅有50 g。
图2示出了电化学能量存储器200，其具有壳体203和多个电池模块204。电化学能量存储器200具有如下安全装置205，所述安全装置包括破裂阀201和冷却装置202。冷却装置202可以被设计为被动冷却元件。替代地，冷却装置202可以与电化学能量存储器的或电池组的冷却系统连接。在另一实施例中，冷却装置202包括冷却板，使得沿着车辆的底部或沿着电池组的冷却板引导所排出的气体，使得冷却板直接用作热交换器。
安全装置100和电化学能量存储器200不仅可以应用在车辆中而且可以应用在固定装置中。
图3描述了用于保护电化学能量存储器的方法300。该方法以步骤310开始，其方式是，使得电化学能量存储器之内的电池单池脱气。电池单池例如由于自身加速的内部反应而引起的所谓的热失控（Thermal Runaway）、由于内部短路、过载、过电流或者也由于外部短路或者由于事故而导致的机械变形而脱气。在接下来的步骤320中，当从电池单池中排出的气体的压力超过预先确定的极限值时，触发破裂阀。预先确定的极限值例如处于2至3巴之间。在接下来的步骤330中，借助于冷却装置将从破裂阀中排出的气体冷却到至少直至低于自燃温度或冷却到低于自燃温度，优选冷却到直至低于50°C。

Claims (13)

1.用于电化学能量存储器的安全装置（100），其特征在于，所述安全装置（100）具有破裂阀（101）和冷却装置（102）。
2.根据权利要求1所述的安全装置（100），其特征在于，所述冷却装置（102）布置在所述破裂阀（101）的后方。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的安全装置（100），其特征在于，所述冷却装置（102）是被动的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的安全装置（100），其特征在于，所述冷却装置（102）具有用于冷却液的管。
5.根据前述权利要求中任一项所述的安全装置（100），其特征在于，所述冷却装置（102）包括冷却板。
6.具有安全装置（100）的电化学能量存储器（200），其特征在于，所述安全装置（100）具有破裂阀（201）和冷却装置（202）。
7.根据权利要求6所述的电化学能量存储器（200），其特征在于，所述安全装置（100）布置在所述电化学能量存储器（200）的壳体（203）的内部。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的电化学能量存储器（200），其特征在于，所述冷却装置（202）布置在所述破裂阀（201）的后方。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的电化学能量存储器（200），其特征在于，所述冷却装置（202）是被动的。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的电化学能量存储器（200），其特征在于，所述冷却装置（202）具有用于冷却液的管。
11.根据权利要求6至9中任一项所述的电化学能量存储器（200），其特征在于，所述冷却装置（202）包括冷却板。
12.具有根据权利要求6至11中任一项所述的电化学能量存储器（200）的固定装置或车辆。
13.用于保护电化学能量存储器的方法（300），该方法具有以下步骤：
- 对所述电化学能量存储器内部的电池单池进行脱气（310），
- 当从所述电池单池排出的气体的压力超过预先确定的极限值时，触发（320）破裂阀，以及
- 借助于直接位于破裂阀后方的冷却装置将从所述破裂阀排出的气体冷却（330）到低于自燃温度的值。
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