DE102013220957A1

DE102013220957A1 - Batterie und Verfahren zur Sicherung der Batterie sowie Batteriesystem mit der Batterie

Info

Publication number: DE102013220957A1
Application number: DE201310220957
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (10, 10'), umfassend: ein Batteriegehäuse (20), und eine Batteriezelle (30), die als Metall-Luft-Akkumulator oder Metall-Schwefel-Akkumulator ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet dass das Batteriegehäuse (20) über eine erste Öffnung (2201) mit einem Medium füllbar ist, so dass die Zellreaktion der Batteriezelle (30) durch das Medium inertisiert wird, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Batterie und ein Verfahren zur Sicherung der Batterie insbesondere bei Lagerung oder Transport der Batterie sowie ein Batteriesystem mit der Batterie. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit der Batterie oder dem Batteriesystem.
Stand der Technik
Lithium-Ionen-Akkumulatoren umfassen eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode), die Lithium-Ionen (Li+) reversibel einlagern (Interkalation) oder wieder auslagern (Deinterkalation) können. Lithium-Ionen-Akkumulatoren haben eine hohe Energiedichte und eine geringe Selbstentladung.
Es ist jedoch absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV) oder Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV), als wiederaufladbare Energiespeicher vermehrt neue Batteriesysteme, zum Beispiel mit Metall-Luft-Akkumulatoren wie Lithium-Luft-Akkumulatoren oder Metall-Schwefel-Akkumulatoren wie Lithium-Schwefel-Akkumulatoren und Natrium-Schwefel-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.
In einem Elektrofahrzeug speichert das Batteriesystem Energie, um beispielsweise einen Elektromotor zu betreiben, der den Antrieb (Traktion) bewirkt oder unterstützt.
Das Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Aufgrund ihres Zelleninnenwiderstands und der stattfindenden elektrochemischen Prozesse erwärmen sich die Batteriezellen während des Ladens und Entladens. Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und/oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batterieeinheiten bzw. Batteriemodulen zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden. Bei einem Hochvoltbatteriesystem kann die Gesamtspannung somit beispielsweise 450 V oder sogar 600 V betragen.
Bei einem Lithium-Luft-Akkumulator umfasst die negative Elektrode metallisches Lithium, und die positive Elektrode basiert auf Sauerstoff (O₂), der beispielsweise von der Umgebungsluft bereitgestellt wird, sodass das Gewicht des Akkumulators reduziert werden kann. Lithium-Metall-Akkumulatoren haben eine höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
Ein Batteriesystem mit Lithium-Luft-Akkumulator-Zellen kann weiterhin eine Einrichtung zur Zufuhr von Sauerstoff, eine Einrichtung zur Zufuhr von Luft beispielsweise einen Kompressor oder Lüfter, eine Einrichtung zur Entfernung von Schadstoffen, die die elektrochemischen Prozessen behindern oder die Zellen unbrauchbar machen können, Wasser und/oder Kohlendioxid, eine Einrichtung zur Zurückhaltung oder Zurückgewinnung von Lösungsmittel, deren Verlust zu einem Austrocknen der Zellen führen könnte, und/oder eine Einrichtung zur Kühlung der Zellen, deren Wirkungsgrad stärker temperaturabhängig ist als der der Lithium-Ionen-Zellen, umfassen.
Durch einen falschen Gebrauch des Batteriesystems, zum Beispiel eine Überladung oder Überhitzung, oder bei einem Fahrzeugunfall kann ein kritischer Defekt auftreten. Zum Beispiel kann Kühlflüssigkeit austreten, eine elektrische Isolierung beschädigt werden oder ein mechanisches Teil kann sich lösen oder verbogen werden. Dadurch kann ein elektrischer Kurzschluss verursacht werden.
Aus DE 10 2009 046 496 A1 sind ein Notkühlverfahren zur Notkühlung einer Batterie und ein Notkühlsystem einer Batterie bekannt, womit einer rasch ansteigenden Temperatur der Batterie effektiv entgegengewirkt werden kann. Es ist in dem Notkühlverfahren zur Notkühlung einer Batterie vorgesehen, dass, wenn bei einer Überschreitung einer kritischen Temperatur über einen bestimmten Zeitraum ein Notzustand eintritt, ein Kühlvorgang in der Weise eingeleitet wird, dass in einem Behälter gespeichertes verflüssigtes Gas in die Batterie geleitet wird und das verflüssigte Gas in der Batterie verdampft und dabei der Batterie Wärme entzieht.
Allerdings kann der Defekt auch zu späterer Zeit, zum Beispiel beim Transport des defekten Batteriesystems, unerwünschte und/oder gefährliche Reaktionen, zum Beispiel ein Abgasen von Elektrolyt des Batteriesystems, Erwärmung und sogar Feuer, verursachen. Daher wird das Batteriesystem beim Abtransport beispielsweise mit Trockeneis umgeben oder in einem gekühlten Behälter aufbewahrt.
Um die Sicherheit von Batteriesystemen, zum Beispiel Lithium-Luft-Batteriesystemen, insbesondere bei Lagerung und Transport zu gewährleisten, ist es erforderlich, die unerwünschten und/oder gefährlichen Reaktionen zu verhindern.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass die Zellreaktion der Batteriezelle, die beispielsweise als Metall-Luft-Akkumulator wie Lithium-Luft-Akkumulator oder Metall-Schwefel-Akkumulator wie Lithium-Schwefel-Akkumulator oder Natrium-Schwefel-Akkumulator ausgebildet sein kann, durch das Medium inertisiert („reaktionsträge gemacht”) wird. Dadurch kann die Batterie, beispielsweise während der Lagerung oder des Transports, in einen sicheren Zustand gebracht und geschützt werden. Somit kann die Sicherheit bei der Handhabung der Batterie erhöht werden und/oder die Alterung der Batterie verringert bzw. verzögert werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Batterie weiterhin einen Vorratsbehälter zum Bereitstellen des Mediums umfassen. Dadurch kann die Verfügbarkeit des Mediums, beispielsweise während oder nach einem Unfall, erhöht werden. Weiterhin wird eine Verwechselungsgefahr bei einer Auswahl des „richtigen” Mediums vermieden. Somit kann die Sicherheit, beispielsweise bei der Bergung nach einem Unfall, weiter erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriegehäuse weiterhin einen Luftzufuhrkanal, eine Entgasungsöffnung, eine Druckausgleichsöffnung, ein Ventil wie ein Ventil zur Dichtigkeitsprüfung oder ein Überdruckventil umfassen, die als die erste Öffnung verwendbar sind. Dadurch kann die Ausbildung einer weiteren Öffnung vermieden werden. Somit kann Platz eingespart werden. Durch die Verwendung der Entgasungsöffnung, die als Entgasungskanal ausgebildet sein kann, können Nebenreaktionen und/oder Nebeneffekte wie Kurzschlüsse reduziert oder verhindert werden. Dadurch kann weiterhin die Verwendung einer Öffnung eines Temperiersystems wie Kühlsystems, die ein eventuell vorhandenes Temperiermittel wie Kühlmittel in die Batterie hineindrücken könnte, verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann die erste Öffnung als eine eingebrachte erste Öffnung oder gebohrte erste Öffnung ausgebildet sein. Dadurch kann die Herstellung des Batteriegehäuses vereinfacht werden. Somit können Kosten wie Produktionskosten reduziert werden. Zweckmäßiger Weise kann das Batteriegehäuse eine Markierung zum Einbringen der ersten Öffnung umfassen. Dadurch kann das Einbringen der ersten Öffnung vereinfacht werden. Weiterhin kann die Gefahr einer unbeabsichtigten Beschädigung reduziert werden. Somit kann die Sicherheit weiter erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise kann die erste Öffnung nach dem Füllen mit dem Medium verschließbar, beispielsweise verschraubbar oder abklebbar, sein. Dadurch kann ein Entweichen des Mediums verhindert werden. Somit kann die Inertisierung der Batteriezelle über einen Zeitraum sichergestellt werden.
Zweckmäßiger Weise kann die verschlossene erste Öffnung nach dem Verschließen öffenbar sein. Dadurch kann ein Entweichen des Mediums bei Bedarf, beispielsweise zu einer (späteren) Inbetriebnahme nach der Lagerung oder dem Transport, ermöglicht werden. Somit kann die Batterie verwendet oder wieder verwendet werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriegehäuse nach dem Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung mit Sauerstoff (O₂) füllbar sein. Dadurch kann die Zellreaktion der Batteriezelle in Gang bzw. wieder in Gang gesetzt werden. Zweckmäßiger Weise kann das Batteriegehäuse nach dem Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung mit Luft füllbar sein. Dadurch kann die Zellreaktion der Batteriezelle in Gang bzw. wieder in Gang gesetzt werden. Weiterhin kann Umgebungsluft zum Betreiben der Batteriezelle verwendet werden. Zweckmäßiger Weise kann das Batteriegehäuse nach dem Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung mit gereinigter Luft füllbar sein. Dadurch kann die Zellreaktion der Batteriezelle in Gang (Betrieb) bzw. wieder in Gang gesetzt werden. Weiterhin kann Umgebungsluft zum Betreiben der Batteriezelle verwendet werden und die Alterung der Batteriezelle verringert werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriegehäuse eine zweite Öffnung, durch die das Medium entweichen kann, umfassen. Dadurch kann das Entweichen des Mediums beschleunigt und die Inbetriebnahme der Batteriezelle verbessert und/oder beschleunigt werden. Zweckmäßiger Weise kann die zweite Öffnung tiefer als die erste Öffnung angeordnet sein. Der Begriff „tiefer” bezieht sich auf die Höhenrichtung der Batterie und des Batteriegehäuses während des bestimmungsmäßigen Gebrauchs. Dadurch kann das Entweichen eines Mediums, das eine höhere Dichte als Sauerstoff oder Luft aufweist, d. h. „schwerer” ist, beispielsweise Argon (Ar), verbessert werden.
Die Erfindung stellt ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Batterie umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot, ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren ein Bereitstellen des Mediums in einem Vorratsbehälter umfassen. Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren ein Bereitstellen des Mediums in einem Vorratsbehälter umfassen, wobei die Batterie den Vorratsbehälter umfasst. Dadurch kann die Verfügbarkeit des Mediums, beispielsweise während oder nach einem Unfall, erhöht werden. Weiterhin wird eine Verwechselungsgefahr bei einer Auswahl des „richtigen” Mediums vermieden. Somit kann die Sicherheit weiter erhöht werden. Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren ein Bereitstellen des Mediums in einem Vorratsbehälter umfassen, wobei der Vorratsbehälter mit der ersten Öffnung verbindbar ausgebildet ist. Dadurch können das Gewicht der Batterie und Kosten wie Produktionskosten, Betriebskosten und/oder Wartungskosten reduziert werden. Dabei kann ein Fahrzeug, das die mit dem Fahrzeug verbundene Batterie umfasst, weiterhin den Vorratsbehälter umfassen. Dadurch kann der Vorratsbehälter durch ein vorhandenes System des Fahrzeugs ausgebildet oder unterstützt werden. Beispielsweise kann zur Bereitstellung eines flüssigen wie wässrigen Mediums ein bestehender Tank beispielsweise Schweibenwischwassertank oder Wassertank wie Frischwassertank (eines Wohnmobils) verwendet werden. Alternativ kann der Vorratsbehälter extern, beispielsweise von einem Rettungsdienst oder Bergungsdienst, bereitgestellt werden und bei Bedarf mit der Batterie verbunden werden. Der Vorratsbehälter kann auch als Druckbehälter beispielsweise Druckpatrone wie Kohlenstoffdioxid-Druckpatrone ausgebildet sein. Durch die Kohlenstoffdioxid-Druckpatrone kann, beispielsweise, eine Lithium-Luft-Batterie irreversibel inertisiert werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin ein Verwenden eines Luftzufuhrkanals, einer Entgasungsöffnung, einer Druckausgleichsöffnung, eines Ventils, eines Ventils zur Dichtigkeitsprüfung oder eines Überdruckventils des Batteriegehäuses als die erste Öffnung umfassen. Dadurch kann die Ausbildung einer weiteren Öffnung vermieden werden. Somit kann Platz eingespart werden. Durch die Verwendung der Entgasungsöffnung, die als Entgasungskanal ausgebildet sein kann, kann können Nebenreaktionen und/oder Nebeneffekte wie Kurzschlüsse reduziert oder verhindert werden. Dadurch kann weiterhin die Verwendung einer Öffnung eines Temperiersystems wie Kühlsystems, die ein eventuell vorhandenes Temperiermittel wie Kühlmittel in die Batterie hineindrücken könnte, verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin ein Einbringen, beispielsweise Bohren oder Schneiden, der ersten Öffnung in das Batteriegehäuse umfassen. Dadurch kann die Herstellung des Batteriegehäuses vereinfacht werden. Somit können Kosten wie Produktionskosten reduziert werden. Zweckmäßiger Weise kann das Batteriegehäuse eine Markierung zum Einbringen der ersten Öffnung umfassen. Dadurch kann das Einbringen der ersten Öffnung vereinfacht werden. Weiterhin kann die Gefahr einer unbeabsichtigten Beschädigung reduziert werden. Somit kann die Sicherheit weiter erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise kann die erste Öffnung nach dem Füllen mit dem Medium verschließbar, beispielsweise verschraubbar oder abklebbar, sein. Dadurch kann ein Entweichen des Mediums verhindert werden. Somit kann die Inertisierung der Batteriezelle über einen Zeitraum sichergestellt werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin, nach dem Füllen mit dem Medium, ein Verschließen, beispielsweise Verschrauben oder Abkleben, der ersten Öffnung umfassen. Dadurch kann ein Entweichen des Mediums verhindert werden. Somit kann die Inertisierung der Batteriezelle über einen Zeitraum sichergestellt werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin, nach dem Verschließen der ersten Öffnung, ein Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung umfassen. Dadurch kann ein Entweichen des Mediums bei Bedarf, beispielsweise zu einer (späteren) Inbetriebnahme nach der Lagerung oder dem Transport, ermöglicht werden. Somit kann die Batterie verwendet oder wieder verwendet werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin, nach dem Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung, ein Füllen des Batteriegehäuses über die erste Öffnung mit Sauerstoff umfassen. Dadurch kann die Zellreaktion der Batteriezelle in Gang bzw. wieder in Gang gesetzt werden. Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin, nach dem Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung, ein Füllen des Batteriegehäuses über die erste Öffnung mit Luft umfassen. Dadurch kann die Zellreaktion der Batteriezelle in Gang bzw. wieder in Gang gesetzt werden. Weiterhin kann Umgebungsluft zum Betreiben der Batteriezelle verwendet werden. Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin, nach dem Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung, ein Füllen des Batteriegehäuses über die erste Öffnung mit gereinigter Luft umfassen. Dadurch kann die Zellreaktion der Batteriezelle in Gang (Betrieb) bzw. wieder in Gang gesetzt werden. Weiterhin kann Umgebungsluft zum Betreiben der Batteriezelle verwendet werden und die Alterung der Batteriezelle verringert werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriegehäuse eine zweite Öffnung, durch die das Medium entweichen kann, umfassen. Dadurch kann das Entweichen des Mediums beschleunigt und die Inbetriebnahme der Batteriezelle verbessert und/oder beschleunigt werden. Zweckmäßiger Weise kann die zweite Öffnung tiefer als die erste Öffnung angeordnet sein kann. Der Begriff „tiefer” bezieht sich auf die Höhenrichtung der Batterie und des Batteriegehäuses während des bestimmungsmäßigen Gebrauchs. Dadurch kann das Entweichen eines Mediums, das eine höhere Dichte als Sauerstoff oder Luft aufweist, d. h. „schwerer” ist, beispielsweise Argon, verbessert werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin ein Entziehen von Wärme aus der Batteriezelle mittels des Mediums umfassen. Dadurch können die Batteriezelle gekühlt werden und die Gefahr eines Brandes reduziert werden. Somit kann die Sicherheit weiter erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin, vor dem Füllen mit dem Medium, ein Entladen der Batteriezelle auf einen Ladezustand (State of Charge, SoC) von ca. 50% bis ca. 90%, beispielsweise von ca. 60% bis ca. 80% wie auf ca. 70%, umfassen. Dadurch kann die Alterung der Batteriezelle, beispielsweise bei der Lagerung oder dem Transport, reduziert werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Medium ein gasförmiges Medium umfassen. Dadurch können das Batteriegehäuse und die Batteriezelle schnell und vollständig mit dem Medium gefüllt werden. Dabei kann das gasförmige Medium ein Inertgas, beispielsweise ein Edelgas wie Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar) oder Krypton (Kr), Stickstoff (N₂), Kohlenstoffdioxid (Kohlendioxid, CO₂) oder ein Gemisch aus Stickstoff, Argon und Kohlenstoffdioxid wie Inergen oder aus Argon und Stickstoff wie Argonite umfassen. Durch die Verwendung von Argon können Nebenreaktionen in der Batteriezelle verhindert werden. Somit kann die Batteriezelle nach dem Entweichen des Argons verwendet oder wieder verwendet werden. Durch die Verwendung von Stickstoffdioxid können Nebenreaktionen in der Batteriezelle, beispielsweise eine Reaktion von Lithium (Li) mit Stickstoff zu Lithiumnitrid (Li₃N) in einem Lithium-Luft-Akkumulator, (gezielt) ausgelöst werden. Durch die Verwendung von Kohlenstoffdioxid können Nebenreaktionen in der Batteriezelle, beispielsweise eine Reaktion von Lithiumoxid (Li₂O) oder Lithiumhydroxid (LiOH) mit Kohlenstoffdioxid zu Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) in einem Lithium-Luft-Akkumulator, (gezielt) ausgelöst werden. Somit kann die Batteriezelle, auch nach dem Entweichen des verbeiblenden Stickstoffs oder Kohlenstoffdioxids, dauerhaft inertisiert („vergiftet”) werden. Somit kann die Sicherheit, beispielsweise nach einem Unfall, erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Medium ein flüssiges Medium umfassen. Dadurch können das Batteriegehäuse und die Batteriezelle schnell und vollständig mit dem Medium gefüllt werden. Dabei kann das flüssige Medium ein Flüssiggas umfassen. Durch ein Verdampfen des Flüssiggases kann der Batteriezelle Wärme entzogen werden. Alternativ kann das flüssige Medium durch ein Konzentrat und ein Lösungsmittel wie Wasser, die, beispielsweise bei Bedarf, gemischt werden, bereitgestellt werden. Dabei kann, beispielsweise, das Konzentrat dem Wasser, das von dem bestehenden Tank bereitsgestellt werden kann, beigemischt werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Medium ein festes Medium umfassen. Dadurch kann die Gefahr des Entweichens des Mediums aus dem Batteriegehäuse reduziert werden. Dabei kann das feste Medium Trockeneis (festes CO₂) umfassen. Durch ein Verdampfen des Trockeneises kann der Batteriezelle Wärme entzogen werden. Dabei kann das feste Medium ein Tonmineral, beispielsweise Vermiculit ((Mg_0,5, Ca_0,5, Na, K)_0,7 (Mg, Fe, Al)₃[(OH)₂|(Al, Si)₂Si₂O₁₀]·4H₂O), umfassen.
Zweckmäßiger Weise kann das Medium weiterhin ein Flammschutzmittel oder einen Brandhemmer umfassen. Dadurch kann die Gefahr eines Brandes reduziert werden. Zweckmäßiger Weise kann das Medium weiterhin einen Indikator, beispielsweise Gefahrstoff-Indikator wie Fluorwasserstoffsäure-(HF-)Indikator umfassen. Dadurch kann beispielsweise die Identifikation eines Gefahrstoffs und/oder einer gefährlichen Stelle, beispielsweise einer Bruchstelle, der Batterie ermöglicht werden. Zweckmäßiger Weise kann das Medium weiterhin ein Neutralisierungsmittel, beispielsweise Gefahrstoff-Neutralisierungsmittel, wie Fluorwasserstoffsäure-Neutralisierungsmittel, zum Beispiel Calciumcarbonat (Ca(CO)₃), Calciumchlorid (CaCl₂), Calciumhydroxid (Ca(OH)₂), Natriumchlorid (NaCl), umfassen. Dadurch kann beispielsweise ein Gefahrstoff neutralisiert werden. Zweckmäßiger Weise kann das Medium weiterhin ein Absorptionsmittel, beispielsweise ein Mittel, das bei einer Reaktion Wasser verbraucht, wie Schaum oder einen Superabsorber, beispielsweise eine superabsorbierendes Polymer (Superabsorbent Polymer, SAP), umfassen. Dadurch können Flüssigkeiten, die in der Batterie vorhanden sein können, gebunden und ein Auslaufen dieser Flüssigkeiten aus der Batterie verhindert werden. Zweckmäßiger Weise kann das Medium weiterhin verfestigbar oder schäumbar sein. Dazu kann das Medium beispielsweise ein Schaumstoff auf Polyurethan-(PU-)Basis oder Silikon-Basis umfassen. Dadurch können, beispielsweise nach dem Aufschäumen und Aushärten, Teile, die sich (lose) in dem Batteriegehäuse befinden, fixiert und/oder das Batteriegehäuse abgedichtet werden. Somit kann die Sicherheit weiter erhöht werden. Dabei können das Flammschutzmittel, der Indikator, das Neutralisierungsmittel wie Calciumchlorid (CaCl₂) und/oder das Absorptionsmittel von dem Konzentrat umfasst sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Batterie 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Batterie 10' gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Batterie 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Batterie 10 umfasst ein Batteriegehäuse 20 und eine Batteriezelle 30, die als Metall-Luft-Akkumulator wie Lithium-Luft-Akkumulator oder Metall-Schwefel-Akkumulator wie Lithium-Schwefel-Akkumulator oder Natrium-Schwefel-Akkumulator ausgebildet ist. Das Batteriegehäuses 20 kann, die in 1 beispielhaft gezeigt, quaderförmig sein und, mit Bezug auf den bestimmungsmäßigen Gerbrauch der Batterie 10, eine obere Seite (Batteriegehäuseoberseite) und eine der Oberseite gegenüberliegende untere Seite (Batteriegehäuseunterseite) umfassen. Die Unterseite kann als Standfläche ausgebildet sein. Die Batteriezelle 30 ist in einem Innenraum des Batteriegehäuses 20 angeordnet. Die Batteriezelle 30 kann, die in 1 beispielhaft gezeigt, quaderförmig sein und ein Zellengehäuse mit zwei elektrischen Anschlüssen, zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer, umfassen. Das Batteriegehäuse 20 kann zwei elektrische Anschlüsse 210 ₁, 210 ₂, zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer, umfassen. Zur elektrischen Verbindung können die elektrischen Anschlüsse 210 ₁, 210 ₂, wie in 1 beispielhaft gezeigt, jeweils ein Gewindeloch umfassen. Die elektrischen Anschlüsse 210 ₁, 210 ₂ können, wie in 1 beispielhaft gezeigt, auf der Batteriegehäuseoberseite angeordnet sein. Die Batterie 10 kann eine erste Öffnung 220 ₁, die mit dem Innenraum in Verbindung steht, umfassen. Die Batterie 10 kann weiterhin eine zweite Öffnung 220 ₁, die ebenfalls mit dem Innenraum in Verbindung steht, umfassen. Die zweite Öffnung 220 ₂ kann tiefer als die erste Öffnung 220 ₁ angeordnet sein. Die Begriffe „höher” und „tiefer” beziehen sich auf die Höhenrichtung der Batterie 10 und des Batteriegehäuses 20 während des bestimmungsmäßigen Gebrauchs. Die Batteriegehäuseoberseite ist beispielsweise „höher” als die Batteriegehäuseunterseite angeordnet. Somit ist die zweite Öffnung 220 ₂, wenn sie „tiefer” als die erste Öffnung 220 ₁ angeordnet ist, weiter von der Batteriegehäuseoberseite entfernt als die erste Öffnung 220 ₁. Die zweite Öffnung 220 ₂ kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, flächendiagonal oder raumdiagonal zur ersten Öffnung 220 ₁ angeordnet sein. Die erste Öffnung 220 ₁ und/oder die zweite Öffnung 220 ₂ kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, ein Anschlussstück, das beispielsweise als Anschlussstutzen ausgebildet sein kann, umfassen. Die Batterie 10 kann weiterhin ein Ventil wie Überdruckventil 230 umfassen. Die Batterie 10 kann weiterhin ein Druckausgleichselement (DAE), das in einer Wand beispielsweise Seitenwand des Batteriehäuses 20 angeordnet ist, zur Belüftung und/oder Entlüftung der Batterie 10 umfassen. Die Batterie 10 kann weiterhin eine Temperiereinrichtung wie Kühleinrichtung zur Temperierung der Batteriezelle 30 umfassen. Die Batterie 10 kann in einem Batteriesystem eingesetzt werden.
Das Batteriegehäuses 20 ist, wie noch näher beschreiben wird, über die erste Öffnung 220 ₁ mit einem Medium füllbar, so dass die Zellreaktion der Batteriezelle 30 durch das Medium inertisiert werden kann. Die Batteriezelle 30 ist offen oder öffenbar ausgebildet, so dass das Medium auf die Zellreaktion der Batteriezelle einwirken kann.
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Batterie 10' gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, umfasst die Batterie 10' ein Batteriegehäuse 20 und eine Batteriezelle 30. Die erste Öffnung 220 ₁ umfasst einen Verschluss 225 ₁ beispielsweise einen Verschlussbereich und/oder eine Markierung X. Das Batteriegehäuse 20 und der Verschlussbereich können gemeinsam, d. h. einstückig, ausgebildet sein. Die erste Öffnung 220 ₁ kann durch Entfernen des Deckels 225 ₁ beispielsweise durch Aufbohren oder Ausschneiden des Verschlussbereichs in das Batteriegehäuse 20 eingebracht werden.
Gemäß der Erfindung kann die Batteriezelle 30 zur Reduzierung der Alterung und Selbstentladung, beispielsweise während der Lagerung oder des Transports, inertisiert werden. Während der Lagerung und des Transports ist ein etwaiges Luftreinigungssystem der Batterie 10, 10' (noch) nicht aktiv, sodass eindringende Gase die Batteriezelle 30 schädigen oder vergiften können. Die Batteriezelle 30 umfasst Stoffe, die als Gefahrstoffe gelten. Bei der Lagerung in einem Gefahrstofflager kann beispielsweise ein reduzierter Sauerstoffgehalt oder eine CO₂-Löschanlage die Batteriezelle schädigen oder vergiften.
Ein Verfahren zur Sicherung bzw. zum Schutz der Batterie 10, 10' gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Entladen der Batteriezelle auf einen Ladezustand von mindestens 80%, ein Füllen (Befüllen oder Fluten) des Innenraums des Batteriegehäuses 20 mit Argon und ein Verschließen der Öffnungen 220, beispielsweise durch Verschlüsse wie Stöpsel oder durch Abkleben. Dadurch wird die Batterie 10, 10' reversibel gesichert bzw. geschützt. Das Verfahren umfasst weiterhin, beispielsweise nach der Lagerung und/oder dem Transport, ein Verdrängen des Argons durch Sauerstoff. Dabei liegt die zweite Öffnung 220 ₂ für den Abfluss des Argons tiefer als der Zufluss des Sauerstoffs, da Argon eine größere Dichte als Sauerstoff hat. Somit ist die zweite Öffnung 220 ₂ weiter von der Batteriegehäuseoberseite entfernt, bzw. näher zu der Batteriegehäuseunterseite angeordnet, als die erste Öffnung 220 ₁.
Ein Verfahren zur Sicherung der Batterie 10, 10' gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann, beispielsweise nach einem Unfall, vorzugsweise noch an der Unfallstelle, zunächst ein Einbringen beispielsweise Bohren oder Schneiden der ersten Öffnung 220 ₁ in das Batteriegehäuse 20 umfassen. Dazu kann das Batteriegehäuse 20 eine Markierung X umfassen. Die erste Öffnung 220 ₁ kann beispielsweise durch Rettungskräfte oder Bergungskräft als eingebrachte erste Öffnung oder gebohrte erste Öffnung ausgebildet werden. Dazu kann die Markierung X eine Position bestimmen, an der die erste Öffnung 220 ₁ einzubringen ist. Dabei kann die Wandung des Batteriegehäuses im Bereich der Position verjüngt sein. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Füllen des Innenraums des Batteriegehäuses 20 mit Kohlenstoffdioxid. Dadurch wird die Batterie 10, 10' irreversibel gesichert. Als Kohlenstoffdioxid kann auch flüssiges Kohlenstoffdioxid oder Trockeneis verwendet werden. Dadurch kann die Batterie 10, 10' zusätzlich gekühlt werden. Das Verfahren kann ein Bereitstellen des Kohlenstoffdioxids in einem Vorratsbehälter umfassen. Dabei kann die Batterie 10, 10' den Vorratsbehälter umfassen. Alternativ kann ein Fahrzeug beispielsweise Luftfahrzeug, in das die Batterie 10, 10' eingebaut ist, den Vorratsbehälter, beispielsweise in Form eines Fahrzeuglöschsystems, umfassen. Alternativ kann der Vorratsbehälter, beispielsweise in Form einer Kohlenstoffdioxidflasche oder eines Kohlenstoffdioxidfeuerlöschers, an der Unfallstelle, beispielsweise durch Rettungskräfte oder Bergungsdienste, bereitgestellt werden.
Ein Verfahren zur Sicherung der Batterie 10, 10' gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann, beispielsweise nach einem Unfall, vorzugsweise noch an der Unfallstelle, zunächst ein Einbringen beispielsweise Bohren der ersten Öffnung 220 ₁ in das Batteriegehäuse 20 umfassen. Dazu kann das Batteriegehäuse 20 eine Markierung X umfassen. Das Verfahren kann weiterhin ein Spülen und/oder Vortrocknen des Innenraums des Batteriegehäuses 20 mit Argon, Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid umfassen. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Füllen des Innenraums mit einem inerten Füllstoff durch die erste Öffnung 220 ₁. Dadurch wird die Batterie 10, 10' irreversibel gesichert. Dabei ist der Füllstoff vorzugsweise auf PU-Basis oder Silikon-Basis, sodass der Füllstoff leicht ist und beim Aufschäumen und Aushärten vergleichsweise wenig Wärme entwickelt. Alternativ kann der Füllstoff Vermiculit umfassen. Weiterhin kann der Füllstoff ein Flammschutzmittel, einen Indikator, ein Neutralisierungsmittel und/oder ein Absorptionsmittel umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009046496 A1 [0009]

Claims

Batterie (10, 10'), umfassend: – ein Batteriegehäuse (20), und – eine Batteriezelle (30), die als Metall-Luft-Akkumulator oder Metall-Schwefel-Akkumulator ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Batteriegehäuse (20) über eine erste Öffnung (220 ₁) mit einem Medium füllbar ist, so dass die Zellreaktion der Batteriezelle (30) durch das Medium inertisiert wird.
Die Batterie (10, 10') nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: – einen Vorratsbehälter zum Bereitstellen des Mediums.
Die Batterie (10, 10') nach Anspruch 1 oder 2, wobei: – das Batteriegehäuse (20) einen Luftzufuhrkanal, eine Entgasungsöffnung, eine Druckausgleichsöffnung, ein Ventil, ein Ventil zur Dichtigkeitsprüfung oder ein Überdruckventil (230) umfasst, die als die erste Öffnung (220 ₁) verwendbar sind, oder – die erste Öffnung (220 ₁) als eingebrachte erste Öffnung oder gebohrte erste Öffnung ausgebildet ist, wobei: – das Batteriegehäuse (20) eine Markierung zum Einbringen der ersten Öffnung (220 ₁) umfassen kann.
Die Batterie (10, 10') nach einem der Ansprüche 1–3, wobei: – die erste Öffnung (220 ₁) nach dem Füllen mit dem Medium verschließbar, verschraubbar oder abklebbar ist.
Die Batterie (10, 10') nach Anspruch 4, wobei: – die verschlossene erste Öffnung (220 ₁) nach dem Verschließen offenbar ist.
Die Batterie (10, 10') nach Anspruch 5, wobei: – das Batteriegehäuses (20) nach dem Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung (220 ₁) mit Sauerstoff, Luft oder gereinigter Luft füllbar ist, wobei: – das Batteriegehäuse (20) eine zweite Öffnung (220 ₂), durch die das Medium entweichen kann, umfassen kann, und – die zweite Öffnung (220 ₂) tiefer als die erste Öffnung (220 ₁) angeordnet sein kann.
Batteriesystem, umfassend: – die Batterie (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Fahrzeug, Kraftfahrzeug, Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, umfassend: – die Batterie (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verbunden mit dem Fahrzeug, oder – das Batteriesystem nach Anspruch 7 verbunden mit dem Fahrzeug.
Verfahren zur Sicherung einer Batterie (10, 10') umfassend ein Batteriegehäuse (20) und eine Batteriezelle (30), die als Metall-Luft-Akkumulator oder Metall-Schwefel-Akkumulator ausgebildet ist, gekennzeichnet durch: – Füllen des Batteriegehäuses (20) über eine erste Öffnung (220 ₁) mit einem Medium, so dass die Zellreaktion der Batteriezelle (30) durch das Medium inertisiert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 9, umfassend: – Bereitstellen des Mediums in einem Vorratsbehälter, wobei: – die Batterie (10, 10') den Vorratsbehälter umfasst, oder – der Vorratsbehälter mit der ersten Öffnung (220 ₁) verbindbar ausgebildet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, umfassend: – Verwenden eines Luftzufuhrkanals, einer Entgasungsöffnung, einer Druckausgleichsöffnung, eines Ventils, eines Ventils zur Dichtigkeitsprüfung oder eines Überdruckventils (230) des Batteriegehäuses (20) als die erste Öffnung (220 ₁), oder – Einbringen oder Bohren der ersten Öffnung (220 ₁) in das Batteriegehäuse (20), wobei: – das Batteriegehäuse (20) eine Markierung zum Einbringen der ersten Öffnung (220 ₁) umfassen kann.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, weiterhin umfassend: – nach dem Füllen mit dem Medium, Verschließen, Verschrauben oder Abkleben der ersten Öffnung (220 ₁).
Das Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: – nach dem Verschließen der ersten Öffnung (220 ₁), Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung (220 ₁).
Das Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: – nach dem Öffnen der verschlossenen ersten Öffnung (220 ₁), Füllen des Batteriegehäuses (20) über die erste Öffnung (220 ₁) mit Sauerstoff, Luft oder gereinigter Luft, wobei: – das Batteriegehäuse (20) eine zweite Öffnung (220 ₂), durch die das Medium entweichen kann, umfassen kann, und – die zweite Öffnung (220 ₂) tiefer als die erste Öffnung (220 ₁) angeordnet sein kann.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9–14, umfassend: – Entziehen von Wärme aus der Batteriezelle (30) mittels des Mediums.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9–15, weiterhin umfassend: – vor dem Füllen mit dem Medium, Entladen der Batteriezelle (30) auf einen Ladezustand von 50% bis 90% oder von 60% bis 80% oder auf 70%.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9–16, wobei: – das Medium ein gasförmiges Medium, ein flüssiges Medium oder ein festes Medium umfasst, wobei: – das gasförmige Medium ein Inertgas, ein Edelgas, Argon, Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid umfassen kann, – das flüssige Medium ein Flüssiggas umfassen kann, – das feste Medium Trockeneis, ein Tonmineral oder Vermiculit umfassen kann, – das Medium weiterhin ein Flammschutzmittel oder einen Brandhemmer umfassen kann, – das Medium weiterhin einen Indikator oder Gefahrstoff-Indikator oder Fluorwasserstoffsäure-Indikator umfassen kann, – das Medium weiterhin ein Neutralisierungsmittel, Gefahrstoff-Neutralisierungsmittel, ein Fluorwasserstoffsäure-Neutralisierungsmittel, Calciumcarbonat, Calciumchlorid, Calciumhydroxid oder Natriumchlorid umfassen kann, – das Medium weiterhin ein Absorptionsmittel, ein Mittel, das bei einer Reaktion Wasser verbraucht, einen Schaum, einen Superabsorber oder eine superabsorbierendes Polymer umfassen kann, oder – das Medium weiterhin verfestigbar oder schäumbar sein kann.