DE102013222773A1 - battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Batterie (16), mit wenigstens einer einen Elektrolyten beinhaltenden Batteriezelle zum Speichern von elektrischer Energie, wobei die Batterie (16) wenigstens eine Filtereinrichtung (24) zum Filtern von aus dem Elektrolyten entstehendem Kohlenmonoxid umfasst.The invention relates to a battery (16) comprising at least one battery cell containing an electrolyte for storing electrical energy, wherein the battery (16) comprises at least one filter device (24) for filtering carbon monoxide resulting from the electrolyte.
Description
Die Erfindung betrifft eine Batterie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. The invention relates to a battery according to the preamble of patent claim 1.
Derartige Batterien sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Üblicherweise umfasst eine solche Batterie wenigstens eine Batteriezelle zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom. Dabei beinhaltet die Batteriezelle einen sogenannten Elektrolyten, welcher beispielsweise flüssig oder gasförmig ist. Such batteries are already well known from the general state of the art. Usually, such a battery comprises at least one battery cell for storing electrical energy or electric current. In this case, the battery cell contains a so-called electrolyte, which, for example, is liquid or gaseous.
Eine solche Batterie kommt beispielsweise bei Kraftwagenanwendungen zum Einsatz und dient bei Hybrid-Fahrzeugen und Elektrofahrzeugen zum Speichern von elektrischer Energie. Ein solches Hybrid-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug umfasst üblicherweise wenigstens eine elektrische Maschine, welche in einem Motorbetrieb als Elektromotor betreibbar ist. Im Motorbetrieb kann der Kraftwagen, das heißt das Hybrid-Fahrzeug beziehungsweise das Elektrofahrzeug, angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine in ihrem Motorbetrieb mit in der Batterie gespeicherter elektrischer Energie versorgt wird. Such a battery is used for example in motor vehicle applications and is used in hybrid vehicles and electric vehicles for storing electrical energy. Such a hybrid vehicle or electric vehicle usually comprises at least one electric machine which can be operated as an electric motor in an engine operation. During engine operation, the motor vehicle, that is to say the hybrid vehicle or the electric vehicle, can be driven, the electric machine being supplied with electrical energy stored in the battery in its engine operation.
Die elektrische Maschine ist beispielsweise auch in einem Generatorbetrieb betreibbar, in welchem unter Abbremsen des sich bewegenden Kraftwagens kinetische Energie des Kraftwagens in elektrische Energie mittels der elektrischen Maschine umwandelbar ist. Dieser Vorgang wird auch als „Energierückgewinnung“ oder „Rekuperation“ bezeichnet. Die rückgewonnene beziehungsweise rekuperierte elektrische Energie kann in die Batterie eingespeist und dort gespeichert werden. Mittels des in der Batterie gespeicherten elektrischen Stroms können alternativ oder zusätzlich auch andere elektrische Verbraucher des Kraftwagens versorgt werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um elektrische Zuheizer, Scheinwerfer und/oder eine elektromechanische Lenkung. The electric machine can also be operated, for example, in a generator mode, in which kinetic energy of the motor vehicle can be converted into electrical energy by means of the electric machine while braking the moving motor vehicle. This process is also referred to as "energy recovery" or "recuperation". The recovered or recuperated electrical energy can be fed into the battery and stored there. By means of the electric current stored in the battery, alternatively or additionally, other electrical consumers of the motor vehicle can be supplied. These are, for example, electric heaters, headlights and / or an electromechanical steering.
Darüber hinaus ist der Einsatz von Batterien bei stationären Speicheranwendungen in Haushalten bekannt. Hierbei ist es beispielsweise möglich, gewonnene elektrische Energie in der Batterie zu speichern und dann, wenn die Energiegewinnung zumindest zeitweise nicht mehr möglich ist, aus der Batterie abzurufen. Beispielsweise kann die elektrische Energie mittels einer Photovoltaikanlage bei Tag gewonnen und in die Batterie eingespeist werden. Bei Nacht, wenn die Energiegewinnung mittels der Photovoltaikanlage prinzipbedingt nicht mehr möglich ist, kann die gespeicherte elektrische Energie aus der Batterie abgerufen werden. In addition, the use of batteries in stationary storage applications in households is known. In this case, it is possible, for example, to store recovered electrical energy in the battery and then, if the energy is at least temporarily no longer possible to retrieve from the battery. For example, the electrical energy can be obtained by a photovoltaic system during the day and fed into the battery. At night, when the energy production by means of the photovoltaic system is inherently no longer possible, the stored electrical energy can be retrieved from the battery.
Die Batterie kann als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet sein, mittels welcher sich eine effektive, effiziente sowie bauraum- und gewichtsgünstige Speicherung von elektrischer Energie realisieren lässt. The battery may be formed as a lithium-ion battery, by means of which can be an effective, efficient and space and weight-saving storage of electrical energy realized.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie zu schaffen, welche eine besonders hohe Sicherheit aufweist. The object of the present invention is to provide a battery which has a particularly high level of safety.
Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a battery having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Eine solche Batterie umfasst wenigstens eine einen Elektrolyten beinhaltende Batteriezelle zum Speichern von elektrischer Energie. Such a battery comprises at least one battery cell containing an electrolyte for storing electrical energy.
Um nun eine besonders hohe Sicherheit beziehungsweise Betriebssicherheit der Batterie zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Batterie wenigstens eine Filtereinrichtung zum Filtern von aus dem Elektrolyten entstehenden Kohlenmonoxid (CO) umfasst. In order to realize a particularly high level of safety or reliability of the battery, it is provided according to the invention that the battery comprises at least one filter device for filtering carbon monoxide (CO) formed from the electrolyte.
Unter dem „Filtern von Kohlenmonoxid“ ist zu verstehen, dass die Filtereinrichtung zur Abscheidung, katalytischen Umsetzung, Zersetzung und/oder zum Rückhalten von CO ausgebildet ist, um beispielsweise einen Austritt von Kohlenmonoxid aus einem Gehäuse der Batterie an die Umgebung dieser zu vermeiden. Der Erfindung liegt nämlich die Erkenntnis zugrunde, dass Batteriezellen einer Batterie im Fehlerfall öffnen können. Dadurch kann der in der Batteriezelle enthaltene Elektrolyt, welcher beispielsweise flüssig oder gasförmig ist, aus der Batteriezelle austreten. By "filtering carbon monoxide" is meant that the filter means is adapted for deposition, catalytic conversion, decomposition and / or retention of CO, for example, to avoid leakage of carbon monoxide from a housing of the battery to the environment thereof. The invention is based on the finding that battery cells of a battery can open in the event of a fault. As a result, the electrolyte contained in the battery cell, which is, for example, liquid or gaseous, can emerge from the battery cell.
Insbesondere im Falle von niedriger Betriebstemperatur und moderaten Reaktionsbedingungen kann der Elektrolyt, welcher insbesondere als organischer Elektrolyt ausgebildet ist, in Kohlenmonoxid zersetzt werden. Üblicherweise wird Kohlenmonoxid (CO) auch als Kohlenstoffmonoxid bezeichnet. Kohlenmonoxid reagiert von sich aus nicht weiter zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und könnte somit aus der Batterie an die Umgebung austreten. In particular, in the case of low operating temperature and moderate reaction conditions, the electrolyte, which is in particular formed as an organic electrolyte, be decomposed in carbon monoxide. Usually carbon monoxide (CO) is also called carbon monoxide. Carbon monoxide does not react on its own to carbon dioxide (CO 2 ) and could thus escape from the battery to the environment.
Ein solcher Fehlerfall, bei dem Elektrolyt aus der Batteriezelle austritt und zumindest teilweise in Kohlenmonoxid zersetzt wird, kann üblicherweise nie vollständig ausgeschlossen werden, da üblicherweise eine Steuerung oder Regelung der Batterie von außerhalb dieser erfolgt, wodurch ein interner Kurzschluss im Inneren der Batteriezelle nicht verhindert werden kann. Auch etwaige und gegebenenfalls redundant vorgesehene Sicherheitsmaßnahmen wie Sicherheitsbeschaltungen können versagen und/oder das zumindest teilweise Zersetzen des Elektrolyten in Kohlenmonoxid nicht vollständig verhindern. Such an error case in which electrolyte exits the battery cell and is at least partially decomposed into carbon monoxide, can usually never be completely excluded, since usually a control or regulation of the battery takes place from outside, whereby an internal short circuit inside the battery cell can not be prevented can. Also any and possibly redundantly provided security measures such as security circuits can fail and / or not completely prevent the at least partial decomposition of the electrolyte in carbon monoxide.
Bei der erfindungsgemäßen Batterie jedoch kann nun der Austritt von Kohlenmonoxid aus der Batterie mittels der Filtereinrichtung verhindert werden, da die Filtereinrichtung entstehendes Kohlenmonoxid beispielsweise bindet. Das Rückhalten von CO, das heißt das Verhindern des Austretens von CO aus der Batterie ist insbesondere bei Einsatz der Batterie in Kraftwagen und Haushalten besonders vorteilhaft, da dann auch im Fehlerfall der Batterie eine hohe Sicherheit gewährleistet werden kann. In the case of the battery according to the invention, however, it is now possible to prevent the emission of carbon monoxide from the battery by means of the filter device, since the filter device binds resulting carbon monoxide, for example. The retention of CO, that is, the prevention of the escape of CO from the battery is particularly advantageous when using the battery in cars and households, since then even in case of failure of the battery high security can be guaranteed.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Filtereinrichtung zum Abscheiden, insbesondere zum Absorbieren oder Adsorbieren, von Kohlenmonoxid aus einem Fluid, insbesondere Gas, und/oder zur katalytischen Umsetzung von Kohlenmonoxid und/oder zur Zersetzung von Kohlenmonoxid ausgebildet ist. Hierdurch kann aus dem Elektrolyten entstehendes CO besonders effizient und effektiv rückgehalten werden, so dass der Austritt von CO aus der Batterie an die Umgebung sicher vermieden werden kann. It has proven to be particularly advantageous if the filter device is designed for depositing, in particular for absorbing or adsorbing, carbon monoxide from a fluid, in particular gas, and / or for the catalytic conversion of carbon monoxide and / or for the decomposition of carbon monoxide. As a result, CO resulting from the electrolyte can be particularly efficiently and effectively retained, so that the escape of CO from the battery to the environment can be safely avoided.
Bei der Batterie ist eine besonders hohe Sicherheit realisierbar, wenn zusätzlich zur Filtereinrichtung auch Schutzbeschaltungen eingesetzt werden. Solche Schutzbeschaltungen können beispielsweise einen Ausfall der Batterie durch äußeren Einfluss vermeiden oder die Gefahr eines solchen Ausfalls besonders gering halten. Diese Schutzbeschaltungen sind vorzugsweise mehrfach redundant ausgeführt und können als Hardware und/oder Software einer Steuerung oder Regelung der Batterie vorgesehen sein. Trotz derartiger Schutzbeschaltungen können zellinterne Kurzschlüsse jedoch nicht vollständig vermieden, so dass es trotz dieser Schutzbeschaltungen zur Entstehung von CO kommen kann. Mittels der Filtereinrichtung ist jedoch eine Rückhaltung beziehungsweise ein Abfangen von CO darstellbar. In the case of the battery, a particularly high degree of safety can be achieved if protective circuits are used in addition to the filter device. Such protective circuits can for example avoid a failure of the battery by external influence or keep the risk of such failure particularly low. These protective circuits are preferably designed to be multi-redundant and can be provided as hardware and / or software for controlling or regulating the battery. However, in spite of such protective circuits, cell-internal short circuits can not be completely avoided, so that CO may occur in spite of these protective circuits. By means of the filter device, however, a retention or a capture of CO can be represented.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Filtereinrichtung zur katalytischen Umsetzung und/oder zur elektrochemischen Umsetzung von Kohlenmonoxid ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Filtereinrichtung beispielsweise ein Austreten von Gas aus der Batterie im Fehlerfall zulassen kann, wobei dieses Gas oder Gasgemisch jedoch kein CO oder nur sehr geringe Anteile an CO aufweist. Dies ist der Fall, da im Fehlerfall etwaig entstehendes CO zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest überwiegend mittels der Filtereinrichtung in einen demgegenüber anderen Stoff, beispielsweise CO2 umgesetzt werden kann. A further embodiment is characterized in that the filter device is designed for the catalytic conversion and / or for the electrochemical conversion of carbon monoxide. This means that the filter device, for example, allow leakage of gas from the battery in case of failure, but this gas or gas mixture has no CO or only very small amounts of CO. This is the case, since in the event of an error any CO formed can be converted at least partially and preferably at least predominantly by means of the filter device into a substance, for example CO 2, which is relatively different.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Filtereinrichtung einen Aktivkohlefilter zum Filtern von Kohlenmonoxid. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass Kohlenmonoxid als Reaktionsgas im Fehlerfall mittels des Aktivkohlefilters zu absorbieren oder zu adsorbieren. In a further advantageous embodiment of the invention, the filter device comprises an activated carbon filter for filtering carbon monoxide. This makes it possible, for example, to absorb or adsorb carbon monoxide as the reaction gas in the event of a fault by means of the activated carbon filter.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Batterie eine Mehrzahl von Batteriemodulen mit jeweils wenigstens einer einen Elektrolyten beinhaltenden Batteriezelle zum Speichern von elektrischer Energie. Dabei umfasst jedes der Batteriemodule jeweils wenigstens eine eigene Filtereinrichtung zum Filtern von aus dem jeweiligen Elektrolyten entstehendem Kohlenmonoxid. Hierdurch kann Kohlenmonoxid besonders effizient und effektiv rückgehalten werden. Jedes Batteriemodul weist für sich betrachtet eine besonders hohe Sicherheit auf. In a further embodiment of the invention, the battery comprises a plurality of battery modules each having at least one battery cell containing an electrolyte for storing electrical energy. Each of the battery modules in each case comprises at least one separate filter device for filtering carbon monoxide which arises from the respective electrolyte. This carbon monoxide can be retained particularly efficient and effective. Each battery module has a particularly high level of safety.
Um den Bauraumbedarf und den Kostenaufwand der Batterie besonders gering zu halten, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Batterie eine Mehrzahl von Batteriemodulen mit jeweils wenigstens einer einen Elektrolyten beinhaltenden Batteriezelle zum Speichern von elektrischer Energie umfasst, wobei die Batterie wenigstens eine den Batteriemodulen gemeinsame Filtereinrichtung zum Filtern von aus dem jeweiligen Elektrolyten entstehendem Kohlenmonoxid umfasst. In order to keep the space requirement and the cost of the battery particularly low, it is provided in a further embodiment of the invention that the battery comprises a plurality of battery modules, each having at least one electrolyte cell containing a battery cell for storing electrical energy, wherein the battery at least one the battery modules common filter means for filtering resulting from the respective electrolyte carbon monoxide.
Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Batterie wenigstens einen den Batteriemodulen gemeinsamen Führungskanal zum Führen von aus dem jeweiligen Elektrolyten entstehendem Kohlenmonoxid umfasst, wobei die Filtereinrichtung in dem Führungskanal angeordnet ist. Tritt beispielsweise Elektrolyt aus einer oder mehreren der Batteriezellen aus, und kommt es zu einer zumindest teilweisen Zersetzung des Elektrolyten in Kohlenmonoxid, so kann das gasförmige Kohlenmonoxid in den Führungskanal einströmen, wodurch das Kohlenmonoxid durch den Führungskanal zunächst gesammelt wird. Da in dem Führungskanal die Filtereinrichtung angeordnet ist, kann das den Führungskanal und somit die Filtereinrichtung durchströmende Kohlenmonoxid effektiv rückgehalten beziehungsweise aufgefangen und an einem Austritt aus der Batterie gehindert werden. In this case, it has proven to be particularly advantageous if the battery comprises at least one guide channel common to the battery modules for guiding carbon monoxide emerging from the respective electrolyte, wherein the filter device is arranged in the guide channel. If, for example, electrolyte escapes from one or more of the battery cells and at least partial decomposition of the electrolyte into carbon monoxide occurs, the gaseous carbon monoxide can flow into the guide channel, as a result of which the carbon monoxide is first collected through the guide channel. Since the filter device is arranged in the guide channel, the carbon monoxide flowing through the guide channel and thus the filter device can be effectively retained or captured and prevented from exiting the battery.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Batteriemodule in einem den Batteriemodulen gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Filtereinrichtung an und/oder zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist. Hierdurch ist eine besonders einfache Herstellung der Batterie realisierbar, da die Module und das Gehäuse jeweils einfach hergestellt werden können. Anschließend können die Batteriemodule in das Gehäuse eingesetzt werden. Ferner ist dadurch ein besonders einfacher Austausch defekter Batteriemodule darstellbar. Finally, it has proven to be particularly advantageous if the battery modules are arranged in a housing common to the battery modules, wherein the filter device is arranged on and / or at least partially in the housing. As a result, a particularly simple production of the battery can be realized, since the modules and the housing can each be easily manufactured. Subsequently, the battery modules can be inserted into the housing. Furthermore, a particularly simple replacement of defective battery modules can be represented.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in: The drawing shows in:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Das Batteriemodul
Die Batterie wird beispielsweise bei einem Kraftwagen, insbesondere bei einem Hybrid-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug zum Speichern von elektrischer Energie verwendet, um im Bedarfsfall elektrische Verbraucher des Kraftwagens mit in der Batterie gespeichertem elektrischem Strom zu versorgen. Alternativ kann die Batterie bei Haushaltsanwendungen zum Einsatz kommen. The battery is used, for example, in a motor vehicle, in particular in a hybrid vehicle or electric vehicle for storing electrical energy, in order, if necessary, to supply electrical consumers of the motor vehicle with electric current stored in the battery. Alternatively, the battery can be used in household applications.
Die jeweilige Batteriezelle weist wenigstens eine Sollbruchstelle auf. Kommt es beispielsweise im Fehlerfall zu einer Kraftbeaufschlagung der Batteriezelle und/oder entsteht im Fehlerfall in der Batteriezelle aus dem Elektrolyten ein Gas, woraus ein Druckanstieg in der Batteriezelle resultiert, so kann die Batteriezelle an der Sollbruchstelle gezielt versagen, so dass der Elektrolyt und/oder das aus dem Elektrolyten entstandene Gas aus der Batteriezelle austreten kann. Dadurch kann vermieden werden, dass der in der Batteriezelle herrschende Druck einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. In der Folge kann ein unkontrolliertes Platzen der Batteriezelle vermieden werden. Ein solcher Druckanstieg resultiert beispielsweise aus einem Kurzschluss in der Batteriezelle. The respective battery cell has at least one predetermined breaking point. If, for example, in the event of a fault, a force is applied to the battery cell and / or a gas arises in the battery cell from the electrolyte in the event of a fault, resulting in a pressure increase in the battery cell, the battery cell can selectively fail at the predetermined breaking point, so that the electrolyte and / or the resulting from the electrolyte gas can escape from the battery cell. As a result, it can be avoided that the pressure prevailing in the battery cell exceeds a predefinable threshold value. As a result, uncontrolled bursting of the battery cell can be avoided. Such a pressure increase results, for example, from a short circuit in the battery cell.
In einem solchen Fehlerfall kann aus dem Elektrolyten Kohlenmonoxid (CO) entstehen. Mit anderen Worten kann der Elektrolyt im Fehlerfall zu Kohlenmonoxid zersetzt werden. In such an error case, carbon monoxide (CO) can form from the electrolyte. In other words, the electrolyte can be decomposed in the event of failure to carbon monoxide.
Um nun zu verhindern, dass etwaig aus dem Elektrolyten entstehendes Kohlenmonoxid aus einem Gehäuse
Beispielsweise ist es möglich, dass die Filtereinrichtung
Kommt es zu einem Fehlerfall und somit zu Kurzschlüssen in den Batteriemodulen
Aus
Die Filtereinrichtung
Darüber hinaus weist die Filtereinrichtung
Der Aufnahmeraum
Die Anzahl und/oder Kapazität von Filtereinrichtungen zum Filtern von Kohlenmonoxid wird vorzugsweise nach Anzahl der verbauten Batteriemodule
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- 2013-11-08 DE DE201310222773 patent/DE102013222773A1/en not_active Withdrawn
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