DE102010034825A1

DE102010034825A1 - Elektrochemischer Energiespeicher

Info

Publication number: DE102010034825A1
Application number: DE102010034825A
Authority: DE
Inventors: Erhard Schletterer; Tim Schäfer; Dr. Hohenthanner Claus-Rupert; Jörg Kaiser
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-02-23
Also published as: WO2012022479A2; JP2013541131A; CN103069608A; US20130209852A1; KR20140004065A; EP2606521A2; WO2012022479A3

Abstract

Bei einem elektrochemischen Energiespeicher mit einem Gehäuse (1) und wenigstens einer in dem Gehäuse (1) angeordneten elektrochemischen Zelle (2) ist wenigstens eine Wand des Gehäuses (1) wenigstens bereichsweise mit einem Löschmittel oder einem Löschmitteladditiv (7–9) beschichtet oder beaufschlagt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher. Im Zusammenhang mit solchen Energiespeichern sind die Brandprävention und/oder die Brandbekämpfung von besonderer Bedeutung. Insbesondere bei der Verwendung solcher elektrochemischen Energiespeicher für Fahrzeuge zur Personenbeförderung ist die Brandprävention oder die Brandbekämpfung ein besonders wichtiges Mittel zur Erhöhung der Sicherheit solcher Energiespeicher.
Die DE 10 2008 059 948 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Brandprävention und/oder Brandbekämpfung für eine Lithium-Ionen-Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei der der Einzelzellen der Batterie aufweisende Innenraum der Batterie über eine Notfallleitung mit einem Löschmittelspeicher verbunden ist, und bei der der Innenraum der Batterie und der Löschmittelspeicher über eine Notfallöffnung zumindest zeitweilig fluidisch verbunden sind.
Die DE 10 2008 059 942 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Brandprävention und/oder Brandbekämpfung bei einem Fahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf und einer Feuerlöschvorrichtung. Die Feuerlöschvorrichtung ist mit Notfallöffnungen versehen, die zur Brandbekämpfung und/oder zur Brandprävention geöffnet werden und durch die ein Löschmittel ausgebracht werden kann.
Die DE 10 2008 059 968 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lithium-Ionen-Batterie eines Fahrzeugs, bei welchem zur Brandprävention und/oder Brandbekämpfung der Einzelzellen der Batterie aufweisende Innenraum der Batterie über eine Leitung mit einem Kältemittelkreislauf der Batterie fluidisch verbunden wird und im Bedarfsfall zumindest zeitweilig das Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf in den Innenraum eingeleitet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lehre zur Brandprävention und/oder Brandbekämpfung im Zusammenhang mit elektrochemischen Energiespeichern anzugeben und dabei nach Möglichkeit Beschränkungen oder Nachteile bekannter Lösungen zu überwinden.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrochemischen Energiespeicher bzw. durch ein Verfahren zu seiner Herstellung oder ein Verfahren zur Brandbekämpfung oder Brandprävention im Zusammenhang mit elektrochemischen Energiespeichern nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Mit den Unteransprüchen sollen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung unter Schutz gestellt werden.
Gemäß der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher mit einem Gehäuse und wenigstens einer in dem Gehäuse angeordneten elektrochemischen Zelle vorgesehen, bei welchem wenigstens eine Wand des Gehäuses wenigstens bereichsweise mit einem Löschmittel oder einem Löschmitteladditiv beschichtet oder beaufschlagt ist.
In diesem Zusammenhang soll unter einem elektrochemischen Energiespeicher eine Einrichtung verstanden werden, die Energie in chemischer Form speichert und diese Energie in elektrischer Form an einen externen Verbraucher abgeben kann. Wichtige Beispiele für solche Energiespeicher sind Brennstoffzellen und galvanische Zellen sowie Aggregate aus einer Mehrzahl solcher Zellen. Vorzugsweise sind die Zellen dabei Sekundärzellen, also elektrochemische Energiespeicher, welche in chemischer Form gespeicherte Energie nicht nur in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben können, sondern welche bei Zurverfügungstellung von elektrischer Energie diese auch in chemischer Form speichern, d. h. also geladen werden können.
Unter einem Gehäuse für einen elektrochemischen Energiespeicher ist jede Einrichtung zu verstehen, welche geeignet und dazu bestimmt ist, einen Stofftransport zwischen den Bestandteilen des elektrochemischen Energiespeichers und seiner Umwelt zu verhindern oder zu erschweren. Vorzugsweise ist das Gehäuse auch dazu geeignet und bestimmt, einen unerwünschten Energieaustausch des elektrochemischen Energiespeichers mit seiner Umwelt zu verhindern oder zu erschweren, insbesondere dann, wenn hierbei Energie, insbesondere auch in nicht elektrischer Form, in unerwünschter Weise ausgetauscht würde, beispielsweise Wärmeenergie oder mechanische Energie. Ein Gehäuse dient also vorzugsweise dem Schutz des elektrochemischen Energiespeichers vor unerwünschten Einflüssen durch seine Umwelt und andererseits auch dem Schutz der Umwelt vor Belastungen oder Gefahren, die von dem elektrochemischen Energiespeicher ausgehen könnten. Derartige Gehäuse sind häufig, aber nicht immer vollständig geschlossen und in einigen Fällen für einen kontrollierten Gasaustausch zwischen dem Energiespeicher und seiner Umwelt eingerichtet.
Die Wände eines Gehäuses für einen solchen Energiespeicher sind diejenigen Bestandteile des Gehäuses, die geeignet sind, einen unerwünschten Stoffaustausch oder einen unerwünschten Energieaustausch zwischen dem Energiespeicher und seiner Umwelt zu verhindern oder zu erschweren. Die Wände schließen insbesondere auch solche Bestandteile des Gehäuses ein, die verschiedene Teilbereiche des Gehäuses voneinander trennen.
In diesem Zusammenhang ist unter einem Brand jeder Vorgang zu verstehen, bei dem sich der Energiespeicher oder Teile des Energiespeichers oder seiner Umgebung in einer unerwünschten chemischen Reaktion umwandeln oder zersetzen. Brände in diesem Sinne sind insbesondere exotherme chemische Reaktionen von Bauelementen oder Komponenten eines Energiespeichers oder seiner Umgebung, die häufig in Folge einer Überhitzung des Energiespeichers oder seiner Komponenten auftreten.
Unter einem Löschmittel soll in diesem Zusammenhang ein Stoff oder ein Stoffgemisch verstanden werden, das eine Löschwirkung, also vorzugsweise eine hemmende Wirkung auf Brände ausübt und/oder die Entstehung von Bränden verhindert oder erschwert. Unter einer Löschwirkung soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Wirkung verstanden werden, die einem Brand entgegenwirkt, d. h. die die Folgen oder die Entstehung eines Brandes verhindern oder mildern kann. Wichtige Beispiele für Löschmittel oder ihre bevorzugten Inhaltsstoffe, sind Stoffe, welche einem Brandherd einen chemischen Reaktionspartner entziehen, ohne den der Brand nicht aufrechterhalten werden kann, oder welche eine chemische Reaktion inhibieren, die der Initiation oder Aufrechterhaltung eines Brandes förderlich ist. Löschmittel werden vorzugsweise durch Mischung eines Löschmitteladditivs mit einem Lösungsmittel oder mit einem Trägerstoff hergestellt.
Bevorzugte Löschmitteladditive sind im Zusammenhang mit dieser Erfindung sogenannte Gelbildner, die im Zusammenhang mit anderen Materialien, Lösungsmitteln oder Trägerstoffen wie vorzugsweise Wasser vorzugsweise haftfähige und vorzugsweise viskose Gele oder viskoelastische Fluide ausbilden, die sich vorzugsweise durch ihre hohe Haftfähigkeit auf brennenden Objekten und deren Oberflächen auszeichnen. Gelbildner sind bevorzugte Beispiele für Löschmitteladditive, die vorzugsweise auf sogenannten Superabsorbern basieren, und die vorzugsweise als Pulver oder feste Materialien vorgehalten werden oder auch als Emulsionen. Superabsorber können häufig ein Vielfaches ihres Gewichts oder Volumens an Wasser oder einer anderen Trägersubstanz aufnehmen. Gele auf Wasserbasis, die durch entsprechende Superabsorber durch Vermischen mit Wasser gebildet werden, haben gegenüber herkömmlichen Schaumteppichen den Vorteil, dass eine luftdichte Sperrschicht gebildet wird, die länger bestehen bleibt als bei herkömmlichen Schaumteppichen und die deutlich weniger Wasser an das Brandgut abgibt.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem viskoelastischen Fluid ein Fluid verstanden werden, das die Eigenschaft der Viskoelastizität aufweist. Unter einem (idealen) Fluid versteht man eine Substanz, die einer beliebig langsamen Scherung (näherungsweise) keinen Widerstand entgegensetzt. Man unterscheidet kompressible Fluide (Gase) und inkompressible Fluide (Flüssigkeiten). Der übergeordnete Begriff „Fluid” wird verwendet, weil die meisten physikalischen Gesetze für Gase und Flüssigkeiten (näherungsweise) gleichermaßen gelten und sich viele ihrer Eigenschaften nur quantitativ, aber nicht grundsätzlich qualitativ voneinander unterscheiden. Reale Fluide können aufgrund ihres Verhaltens eingeteilt werden in „newtonsche Fluide” mit der sie beschreibenden Strömungsmechanik und nicht-newtonsche Fluide mit der sie beschreibenden Rheologie. Der Unterschied besteht hier im Fließverhalten des Mediums, das durch den funktionalen Zusammenhang von Schubspannung bzw. Scherspannung und Verzerrungsgeschwindigkeit bzw. Schergeschwindigkeit beschrieben wird.
Als Viskoelastizität bezeichnet man die zeit-, temperatur- und/oder frequenzabhängige Elastizität von Fluiden wie z. B. von polymeren Schmelzen oder Festkörpern, wie beispielsweise Kunststoffen. Die Viskoselastizität ist durch ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Verhalten geprägt. Das Material kehrt nach Entfernen einer von außen einwirkenden Kraft nur unvollständig in seinen Ausgangszustand zurück; die verbleibende Energie wird in Form von Fließvorgängen abgebaut.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem Gel ein feindisperses System aus mindestens einer ersten, häufig festen und mindestens einer zweiten, häufig flüssigen Phase verstanden werden. Ein Gel stellt häufig ein Kolloid dar. Die feste Phase bildet dabei ein schwammartiges, dreidimensionales Netzwerk, dessen Poren durch eine Flüssigkeit oder auch durch ein Gas ausgefüllt sind. Beide Phasen durchdringen sich dabei häufig vollständig. Als Kolloide werden Teilchen oder Tröpfchen bezeichnet, die in einem anderen Medium (Feststoff, Gas oder Flüssigkeit), dem Dispersionsmedium, fein verteilt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen, zwischen denen wenigstens bereichsweise ein Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv angeordnet ist. Besonders bevorzugt weist dieser elektrochemische Energiespeicher rahmenlose, über ihre Seitenflächen oder Kontakte elektrisch verbunden prismatische elektrochemische Zellen auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem wenigstens eine elektrochemische Zelle wenigstens bereichsweise mit einem Löschmittel oder einem Löschmitteladditiv beschichtet oder beaufschlagt ist. Besonders bevorzugt sind dabei elektrochemische Energiespeicher, bei denen die elektrochemischen Zellen wenigstens bereichsweise mit ihren Seitenflächen und dem Löschmittel oder einem Löschmitteladditiv aufeinander laminiert sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv ein Feststoff oder ein elastisch verformbares Material ist oder in einem solchen Material enthalten ist. Der Begriff des Feststoffes soll in diesem Zusammenhang auch gepresste Aggregationen aus Pulvern oder Schaumstoffe, insbesondere elastisch verformbare Schaumstoffe umfassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv als Zwischenelement zum Beispiel in Form von Abstandhaltern oder Kantenschutzplatten zwischen je zwei benachbarten elektrochemischen Zellen oder zwischen einer elektrochemischen Zelle und einer Gehäusewand angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv ein Mehrfaches seines Volumens an Wasser aufnehmen kann oder enthält. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang Löschmittel auf der Basis von Gelbildnern, insbesondere solche, die Löschmitteladditive auf der Basis von sogenannten Superabsorbern enthalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Polymer vorzugsweise ein Copolymer, besonders vorzugsweise einen Acrylamid-Copolymer oder einen Natriumacrylat-Copolymer enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens einen Fettsäure-Ester enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Tensid enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel oder das Löschmitteladditiv wenigstens ein Gemisch oder eine Emulsion aus Wasser und wenigstens einem Fettsäure-Ester, wenigstens einem Polymer, vorzugsweise einem Copolymer, besonders vorzugsweise einem Acrylamid-Copolymer oder einem Natrium-Acrylat-Copolymer enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem das Löschmittel ein Gemisch oder eine Emulsion aus ca. 28% wenigstens eines Polymers, ca. 6% wenigstens eines Tensids, ca. 23% wenigstens eines Esteröls und ca. 43% Wasser enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem Löschmitteladditiv in Verbindung mit Wasser verwendet wird und ein Gemisch oder eine Emulsion aus ca. 50% wenigstens eines Polymers, ca. 10% wenigstens eines Tensids und ca. 40% wenigstens eines Esteröls enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Trägersubstanz, mit der sich das Löschmitteladditiv zu einem Löschmittel vermischen kann, ein Kühlmittel, welches durch einen im Normalbetrieb des Energiespeichers geschlossenen Kühlmittelkreislauf strömt, der so ausgestaltet ist, dass das Kühlmittel im Brandfall an bestimmten Stellen aus dem geschlossenen Kühlmittelkreislauf austreten und an diesen Stellen eine Löschwirkung entfalten kann. Auf diese Weise kann die Löschwirkung gezielt an bestimmten Stellen entfaltet werden, die von einem Brand betroffen sind; gleichzeitig kann die Wirkung als Kühlmittel erhalten bleiben.
Unter einem Kühlmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung soll ein strömungsfähiges Material, insbesondere ein gasförmiges oder flüssiges Wärmetransportmedium verstanden werden, das Wärme aus seiner Umgebung aufnehmen, diese Wärme durch Strömung transportieren, und diese Wärme auch an seine Umgebung abgeben kann, und das aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften geeignet ist, Wärme durch Wärmeleitung und/oder Wärmetransport über aerodynamische oder hydrodynamische Ströme, insbesondere auch über Konvektionsströme, im Wärmetransportmedium zu transportieren. Wichtige Beispiele für allgemein in der Technik verwendete Wärmetransportmedien sind beispielsweise Luft oder Wasser oder andere gebräuchliche Kühlmittel. Je nach dem Anwendungszusammenhang sind auch andere Gase oder Flüssigkeiten gebräuchlich, etwa chemisch inerte (wenig reaktionsfähige) Gase oder Flüssigkeiten, wie beispielsweise Edelgase oder verflüssigte Edelgase oder Stoffe mit hoher Wärmekapazität und/oder Wärmeleitfähigkeit.
Unter einem strömungsfähigen Material soll in diesem Zusammenhang jedes Material verstanden werden, in dem sich eine Strömung im aero- oder hydrodynamischen Sinne ausbilden kann, oder in dem eine solche Strömung aufrecht erhalten werden kann. Beispiele für solche Materialien sind insbesondere Gase und Flüssigkeiten. Aber auch in einem Gemisch aus Flüssigkeiten bzw. Gasen und feinverteilten Festkörpern, so genannten Aerosolen, oder in kolloidalen Lösungen können Strömungen in diesem Sinne aufrecht erhalten werden oder entstehen.
Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Stabilisierung des Kühlmitteldrucks bei einem stellenweisen Austreten des Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreislauf im Brandfall auf. Diese Ausführungsform der Erfindung kann mit einer weitgehenden oder vollständigen Erhaltung des Kühlmitteldrucks und damit der Kühlwirkung verbunden sein, wenn das Kühlmittel stellenweise aus dem Kühlkreislauf austritt, um an diesen Stellen seine Löschwirkung zu entfalten.
Bevorzugt ist auch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Wasser als Kühlmittel verwendet wird, und bei dem dieses Kühlmittel durch einen im Normalbetrieb des Energiespeichers geschlossenen Kühlkreislauf strömt, der so ausgestaltet ist, dass das Wasser im Brandfall an bestimmten Stellen aus dem geschlossenen Kühlmittelkreislauf austreten kann und beim Austreten aus dem Kühlmittelkreislauf mit einem Löschmitteladditiv vermischt wird, wobei ein Gel oder ein viskoselastisches Fluid gebildet wird.
Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung eines Löschmitteladditivs bestehend aus einem Gemisch aus wenigstens einem Polymer, wenigstens einem Tensid und wenigstens einem Esteröl.
Besonders bevorzugt ist ferner ein Additiv bestehend aus einem Gemisch aus ca. 50% wenigstens eines Polymers, ca. 10% wenigstens eines Tensids und ca. 40% wenigstens eines Esteröls.
Bei der Bemessung der Mischungsverhältnisse ist vorzugsweise zu berücksichtigen, dass die vorteilhaften Wirkungen des Kühl- und Löschgemisches oder des Additivs auf der Viskoselastizität des Kühl- und Löschgemisches und auf seiner Fähigkeit, Wasser zu binden, beruhen. Hierdurch kann die Adhäsionskraft des Kühlmittels auch an glatten Flächen erhöht werden. Die Flüssigkeit fließt nicht ungenutzt ab.
Insbesondere bei Gemischen aus Polymeren, Esterölen, Tensiden und Wasser führt eine geeignete Bemessung der Mischungsverhältnisse unter dem Einfluss von kinetischer Energie zu einer wesentlichen Reduktion der Viskosität als im Ruhestadium. Hierdurch kann ein derartiges Gemisch mit niedriger Viskosität durch einen Kühlkreislauf strömen und gleichzeitig bei seinem Austritt an einer Brandstelle aus diesem Kühlkreislauf eine hohe Viskosität aufweisen. Die Fließfähigkeit solcher Gemische ist also hauptsächlich von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig.
Durch die chemisch-physikalische Einbindung der Flüssigkeit in eine Gelstruktur kann die Verdunstungsrate der Flüssigkeit auch bei höheren Temperaturen beträchtlich reduziert werden. Hierdurch kann der Flüssigkeitsverbrauch erheblich reduziert werden. An der Brandstelle kann die in eine Gelstruktur eingebundene Flüssigkeit durch die verhältnismäßig hohe Schichtdicke und die reduzierte Verdunstungsgeschwindigkeit eine erhöhte Kühlwirkung entfalten. Dieser Effekt ist bei der Bekämpfung von Bränden mit sehr hohen Temperaturen von besonderer Bedeutung.
Das Löschmitteladditiv hat bei einigen bevorzugten Ausführungsformen vorzugsweise die Form eines Gemisches bestehend aus P Gew.-% wenigstens eines Polymers, T Gew.-% wenigstens eines Tensids und E Gew.-% wenigstens eines Esteröls, bezogen auf die Gesamtmenge des Additivs, mit 45 ≤ P ≤ 55, 8 ≤ T ≤ 12, 35 ≤ E ≤ 45 und P + T + E = 100
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
7 ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das in 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers weist ein Gehäuse 1 auf, dessen Wände auf der Innenseite mit einem Löschmittel oder Löschmitteladditiv 7, 8 und dessen Boden mit einem Löschmittel oder einem Löschmitteladditiv 9 beschichtet oder beaufschlagt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der elektrochemische Energiespeicher eine Mehrzahl, in diesem Fall vier, elektrochemische Zellen 2 auf, deren Ableiter, d. h. deren elektrische Anschlüsse 3 untereinander mit Hilfe von elektrischen Verbindungsstücken 6 zu einer elektrischen Reihenschaltung verbunden sind, so dass an den aus dem Gehäuse heraus geführten Ableitern 4 und 5 die Summe der von den in 1 gezeigten elektrochemischen Zellen 2 erzeugten Spannungen anliegt.
Dieses Ausführungsbeispiel weist gegenüber bekannten Bauformen elektrochemischer Energiespeicher den Vorteil auf, dass im Falle eines Brandes im Inneren des Gehäuses, bei dem brennende oder brennbare Materialien unter dem Einfluss der Schwerkraft auf die Bodenplatte des Gehäuses 1 sinken, die an den Wänden und an der Bodenplatte des Gehäuses angebrachten Löschmittel oder Löschmitteladditive 7, 8 und 9 eine brandhemmende Wirkung auf die brennbaren oder brennenden Materialien entfalten, so dass dem Brand oder seiner Entwicklung wirkungsvoll entgegengewirkt wird. Falls es sich bei den Beschichtungen 7, 8 und 9 nicht um ein Löschmittel, sondern um ein Löschmitteladditiv handelt, ist es vorteilhaft, wenn diejenige Substanz, die zusammen mit dem Löschmitteladditiv das Löschmittel ergibt, durch die Zerstörung oder bei der Zerstörung der brennenden elektrochemischen Zellen 2 freigesetzt wird und sich mit dem Löschmitteladditiv zum Löschmittel vermischt oder mit diesem zum Löschmittel reagieren kann. In anderen Fällen kann bei einem Brand oder zu seiner Prävention von außen eine Trägersubstanz wie beispielsweise Wasser eingebracht werden, mit dem sich das Löschmitteladditiv zu einem Löschmittel vermischen oder verbinden kann.
Bevorzugt sind auch solche Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen die Materialien, mit denen die Gehäusewände beschichtet oder beaufschlagt sind, Verbundmaterialien sind, die auch bereichsweise aus einem Löschmitteladditiv und einer Trägersubstanz bestehen, die zusammen mit dem Löschmitteladditiv das Löschmittel ergibt, so dass dieses Verbundmaterial sich unter dem Einfluss der beim Brand sich entwickelnden erhöhten Temperatur durchmischt oder chemisch reagiert und auf diese Weise das Löschmittel bildet. Andere bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass an der Gehäuseinnenwand oder auch an der Gehäuseaußenwand das Löschmitteladditiv durch Beschichtung oder an anderer Weise so angebracht ist, dass bei externer Zufuhr eines Lösungsmittels oder einer anderen Trägersubstanz, wie beispielsweise Wasser, das auf den Gehäusewänden oder auf dem Gehäuseboden angebrachte Löschmitteladditiv sich mit den von außen zugeführten Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, verbindet und so zum Löschmittel reagiert.
Ein bevorzugtes Löschmitteladditiv ist ein Gemisch oder eine Emulsion aus wenigstens einem Polymer, wenigstens einem Tensid und wenigstens einem Esteröl. Derartige Gemische oder Emulsionen vermischen sich mit Wasser zu einem Löschmittel, welches das Wasser nachhaltig auf den brennenden Oberflächen hält und daher eine nachhaltigere und wirkungsvollere Brandhemmung und Kühlung bewirkt als Wasser ohne das Löschmitteladditiv. Das Löschmitteladditiv enthält dabei vorzugsweise ca. 50% wenigstens eines Polymers, vorzugsweise ca. 10% wenigstens eines Tensid und vorzugsweise ca. 40% wenigstens eines Esteröls.
In den Fällen, in denen das Löschmitteladditiv bereits in Verbindung mit seinem Lösungsmittel oder mit seiner Trägersubstanz, insbesondere in Verbindung mit Wasser als Gemisch oder Emulsion auf die Gehäusewände oder auf die Gehäuseböden oder auf andere Bestandteile des elektrochemischen Energiespeichers aufgebracht wird, hat das Löschmittel bevorzugt eine gelartige, insbesondere viskose Konsistenz und besteht vorzugsweise aus ca. 28% wenigstens eines Polymers, ca. 6% wenigstens eines Tensids, ca. 23% wenigstens eines Esteröls und ca. 43% aus Wasser.
In Verbindung mit allen gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen oder Ausführungsformen der Erfindung, deren Merkmale im Übrigen auch vorteilhaft miteinander kombiniert werden können, wird ein Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv bevorzugt, das ein Gel oder ein viskoses Fluid ist. Andere Ausführungsformen der Erfindung sehen ein Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv vor, das ein Feststoff oder ein elastisch verformbares Material ist oder welches in einem solchen festen oder elastisch verformbaren Material enthalten ist.
Bei dem in der 2 schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zusätzlich zu den an den Gehäusewänden gebrachten Löschmitteln oder Löschmitteladditiven 7, 8 und zu den im Gehäuseboden angebrachten Löschmitteln oder Löschmitteladditiven 9 zwischen den elektrochemischen Zellen 2 Löschmittel oder Löschmitteladditiven 10 angeordnet, wobei diese Anordnung der Löschmittel oder Löschmitteladditive vorzugsweise bereichsweise geschieht, wie dies in 2 schematisch dargestellt ist.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die elektrochemischen Zellen 2 keine aus dem Zellengehäuse oder aus der Zellenverpackung herausgeführten elektrischen Ableiter 3 aufweisen, sondern bei dem die elektrochemischen Zellen 2 über ihre Zellenwände oder Zellenverpackungsseitenflachen 11 kontaktiert werden, so dass eine elektrische Reihenschaltung einer Mehrzahl von Zellen 2 dadurch bewirkt werden kann, dass die elektrisch leitfähigen oder wenigstens bereichsweise leitfähigen Zellwände sich untereinander berühren, wie dies in 3 gezeigt ist.
Am Ende eines Zellenstapels aus einer Mehrzahl von Zellen 2 sind elektrische Ableiter 4 und 5, welche die Zellenwände der äußeren elektrochemischen Zellen berühren aus dem Gehäuse 1 herausgeführt. Die Löschmittel oder Löschmitteladditive sind bei diesem Ausführungsbeispiel bereichsweise an den Zellwänden angeordnet 7, 8 oder auf der Bodenplatte 9 angebracht. Der in 3 gezeigte Zellenstapel besteht aus zwei Teilstapeln, die jeweils drei Zellen enthalten, und welche über elektrische Ableiter 3 und 6 in Verbindung stehen. Das elektrische Verbindungsstück 6 ist so ausgeführt, das zwischen den beiden Teilzellstapeln bereichsweise ein Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv 10 angeordnet werden kann.
Die 4 zeigt in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem elektrochemische Zellen bzw. ihre Seitenwände wenigstens bereichsweise mit einem Löschmittel oder Löschmitteladditiv 12 beschichtet sind. Beim Aufbrechen der Zellenverpackung kann so ein durch Austreten brennendes oder brennbares Material entstehender Brand durch die auf den Zellverpackungswänden aufgebrachten Löschmittel oder Löschmitteladditive gehemmt werden.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die elektrochemischen Zellen 2 wenigstens bereichsweise mit ihren Seitenflächen und dem Löschmittel 13 oder mit einem Löschmitteladditiv 13 aufeinander laminiert sind. In denjenigen Bereichen der Zellwände, in denen kein Löschmittel oder kein Löschmitteladditiv 13 vorgesehen ist, sind vorzugsweise Kontaktelemente oder Kontaktschichten aus elektrisch leitfähigem Material 14 vorgesehen, welche die elektrische Verschaltung der Zellen untereinander bewirken. Dort wo zwischen elektrochemischen Zellen keine elektrische Kontaktierung 14 vorgesehen ist und wo zwischen solchen elektrochemischen Zellen vorzugsweise ein Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv 10 angeordnet ist, können die aus dem Zellengehäuse oder aus der Zellenverpackung herausragenden Ableiter 3 der Zellen wie bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung über ein elektrisch leitfähiges Verbindungsstück 6 miteinander verbunden werden.
Die 6 zeigt eine Ausführungsvariante des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels, bei dem die Wandbeschichtungen 7 und 8 und die Bodenbeschichtung 9 mit dem Löschmittel oder Löschmitteladditiv so ausgedehnt sind, dass diese Beschichtungen an die Kanten und Wände der elektrochemischen Zellen heranreichen. Auch das zwischen den Teilzellenstapeln angeordnete Löschmittel oder Löschmitteladditiv 10 ist so ausgedehnt, dass der Raum zwischen den elektrochemischen Zellen und der Raum unterhalb der elektrochemischen Zellen praktisch ganz ausgefüllt sind. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung entfaltet die brandhemmende und kühlende Wirkung des Löschmittels eine unmittelbare Wirkung auf die Gehäuse- oder Verpackungswände der elektrochemischen Zellen 2.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen auch die Raumbereiche über und unter den Zellengehäusekanten, dort wo vorzugsweise die Ableiter aus dem Zellengehäusen oder Verpackungen herausgeführt werden mit Löschmittel oder Löschmitteladditiven 15, 16 und 17 ausgefüllt sind.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren wurden folgende Bezugszeichen verwendet:
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: elektrochemische Zelle
3: elektrischer Anschluss (Ableiter) einer elektrochemischen Zelle
4, 5: aus dem Gehäuse herausragender Ableiter
6: elektrisch leitende Verbindung zwischen Ableitern
7, 8: an der Innenseite einer Wand des Gehäuses angeordnetes Löschmittel oder Löschmitteladditiv
9: auf dem Boden des Gehäuses angeordnetes Löschmittel oder Löschmitteladditiv
10: zwischen elektrochemischen Zellen angeordnetes Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv
11: sich berührende Zellwände
12: Beschichtung einer Zellwand mit einem Löschmittel oder Löschmitteladditiv
13: zwischen elektrochemischen Zellen angeordnetes oder laminiertes Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv
14: elektrisch leitende Verbindung zwischen Zellwänden
15, 16, 17: an den Zellkanten angeordnetes Löschmittel oder Löschmitteladditiv

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008059948 A1 [0002]
DE 102008059942 A1 [0003]
DE 102008059968 A1 [0004]

Claims

Elektrochemischer Energiespeicher mit einem Gehäuse (1) und wenigstens einer in dem Gehäuse (1) angeordneten elektrochemischen Zelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wand des Gehäuses wenigstens bereichsweise mit einem Löschmittel oder mit einem Löschmitteladditiv beschichtet oder beaufschlagt ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen, zwischen denen wenigstens bereichsweise ein Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv angeordnet ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 2, mit rahmenlosen, über ihre Seitenflächen oder Kontakte elektrisch verbundenen prismatischen elektrochemischen Zellen.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine elektrochemische Zelle wenigstens bereichsweise mit einem Löschmittel oder einem Löschmitteladditiv beschichtet oder beaufschlagt ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die elektrochemischen Zellen wenigstens bereichsweise mit ihren Seitenflächen und dem Löschmittel bzw. dem Löschmitteladditiv aufeinander laminiert sind.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmittel bzw. das Löschmitteladditiv ein Gel oder ein viskoses Fluid ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmittel bzw. das Löschmitteladditiv ein Feststoff oder ein elastisch verformbares Material ist oder in einem solchen Material enthalten ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Löschmittel oder ein Löschmitteladditiv als Zwischenelement zwischen je zwei benachbarten elektrochemischen Zellen oder zwischen einer elektrochemischen Zelle und einer Gehäusewand angeordnet ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmittel bzw. das Löschmitteladditiv ein Mehrfaches seines Volumens an Wasser aufnehmen kann oder enthält.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmittel bzw. das Löschmitteladditiv wenigstens ein Polymer, vorzugsweise einen Copolymer, besonders vorzugsweise einen Acrylamid-Copolymer oder einen Natriumacrylat-Copolymer enthält.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmittel bzw. das Löschmitteladditiv wenigstens einen Fettsäure-Ester enthält.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmittel bzw. das Löschmitteladditiv wenigstens ein Tensid enthält.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmittel bzw. das Löschmitteladditiv wenigstens ein Gemisch oder eine Emulsion aus Wasser und wenigstens einem Fettsäure-Ester, wenigstens einem Polymer, vorzugsweise einem Copolymer, besonders vorzugsweise einem Acrylamid-Copolymer oder einem Natriumacrylat-Copolymer enthält.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmittel ein Gemisch oder eine Emulsion aus ca. 28% wenigstens eines Polymers, ca. 6% wenigstens eines Tensids, ca. 23% wenigstens eines Esteröls und ca. 43% Wasser enthält.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Löschmitteladditiv in Verbindung mit Wasser verwendet wird und ein Gemisch oder eine Emulsion aus ca. 50% wenigstens eines Polymers, ca. 10% wenigstens eines Tensids und ca. 40% wenigstens eines Esteröls enthält.
Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine Wand des Gehäuses des elektrochemischen Energiespeichers wenigstens bereichsweise mit einem Löschmittel oder einem Löschmitteladditiv beschichtet oder beaufschlagt wird.
Verfahren zur Brandbekämpfung oder zur Brandprävention im Zusammenhang mit einem elektrochemischen Energiespeicher, bei dem wenigstens eine Wand eines Gehäuses des elektrochemischen Energiespeichers wenigstens bereichsweise mit einem Löschmittel oder einem Löschmitteladditiv beschichtet oder beaufschlagt wird.