DE102014215012A1

DE102014215012A1 - Gasreinigungseinheit für ein Batteriesystem

Info

Publication number: DE102014215012A1
Application number: DE102014215012.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Steil; Andreas Gleiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2016-02-04
Also published as: CN105311944A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasreinigungseinheit (10) für ein Energiespeichersystem, insbesondere ein Lithium-Batteriesystem, welche einen Behälter (11) mit einem Innenraum (12), einen Gaseinlass (13) zum Einlassen eines Gasstroms (14) eines aus einem Energiespeicher austretbaren Gases in den Innenraum (12) des Behälters (11) und einen Gasauslass (15) zum Auslassen des Gasstroms (14) aus dem Innenraum (12) des Behälters (11) umfasst, wobei der Innenraum (12) des Behälters (11) mindestens ein Abscheidemittel (16) zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases umfasst. Um die Sicherheit des Energiespeichersystems zu Erhöhen sowie die Flexibilität der Gasreinigungseinheit (10), insbesondere im Hinblick auf deren Einsatz und Herstellung, zu steigern, ist in dem Innenraum (12) des Behälters (11) mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (17a, 17b, 17c, 17d) angeordnet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein damit ausgestattetes Energiespeichersystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasreinigungseinheit für ein Energiespeichersystem sowie ein entsprechendes Energiespeichersystem.
Stand der Technik
Im Schadensfall einer Lithium-Zelle kann es vorkommen, dass die Zelle entgast. Dabei kann aus der Zelle ein Gas austreten beziehungsweise freigesetzt werden, welches Bestandteile enthalten kann, die gegebenenfalls leicht entzündlich, umweltschädlich, gesundheitsgefährdend und/oder giftig sein können.
Es ist bekannt, derartige Gase in Batteriepacks durch eine Entgasungseinrichtung zu kanalisieren und aus dem Batteriepack abzuführen.
Die Druckschrift DE 10 2009 000 660 A1 beschreibt ein Batteriemodul mit einer Einrichtung zum Ableiten von Gasen und Dämpfen, welche mit einem Adsorptionsmittel zum Ausscheiden eines giftigen und/oder umweltschädlichen Stoffes aus den Gasen oder Dämpfen versehen ist.
Die Druckschrift DE 10 2010 051 014 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie mit einem, wenigstens eine Akkumulatorzelle umgebenden Gehäuse. In dem Gehäuse ist wenigstens ein chemischer Stoff vorhanden, welcher mit eventuell aus der Akkumulatorzelle austretenden, kritischen Substanzen zu unkritischen Verbindungen oder Elementen reagiert und/oder deren Reaktion zu unkritischen Verbindungen oder Elementen fördert.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Gasreinigungseinheit für ein Energiespeichersystem, umfassend einen Behälter mit einem Innenraum, einen Gaseinlass zum Einlassen eines Gasstroms eines aus einem Energiespeicher austretbaren Gases in den Innenraum des Behälters und einen Gasauslass zum Auslassen des Gasstroms aus dem Innenraum des Behälters, wobei der Innenraum des Behälters mindestens ein Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases umfasst und wobei in dem Innenraum des Behälters mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur angeordnet ist.
Unter einem Abscheidemittel kann insbesondere ein Mittel verstanden werden, durch welches mindestens ein Bestandteil des austretbaren Gases aus dem Gas abgeschieden werden kann. Das Abscheiden kann dabei beispielsweise dadurch erfolgen, dass durch das Abscheidemittel der mindestens eine Bestandteil durch eine chemische Reaktion in einen anderen Stoff umgewandelt wird und/oder dass der mindestens eine Bestandteil physikalisch, beispielsweise in Form einer Lösung und/oder Dispersion in einer Flüssigkeit, aus dem austretbaren Gas abgeschieden wird. Dabei kann das Abscheidemittel zum Beispiel mindestens eine chemische Verbindung und/oder mindestens ein chemisches Element umfassen, durch welche/s der mindestens ein Bestandteil durch eine chemische Reaktion in einen anderen Stoff umwandelbar ist und/oder durch welche/s der mindestens eine Bestandteil physikalisch, beispielsweise in Form einer Lösung und/oder Dispersion in einer Flüssigkeit, aus dem austretbaren Gas abscheidbar ist.
Unter einer Oberflächenvergrößerungsstruktur kann insbesondere ein Bauteil verstanden werden, welches die von dem Gas überströmte Oberfläche pro Innenraumvolumen des Behälters – bezogen auf die Oberfläche des Innenraums des Behälters ohne Oberflächenvergrößerungsstruktur – vergrößert.
Insbesondere kann daher die mindestens eine Oberflächevergrößerungsstruktur in Form eines Bauteils ausgebildet sein.
Unter einem Gas kann insbesondere sowohl ein Gas als auch ein Gasgemisch verstanden werden, welches gegebenenfalls auch flüssige und/oder feste Bestandteile enthalten kann und beispielsweise auch als Dampf bezeichnet werden kann.
Das Energiespeichersystem kann insbesondere ein Batteriesystem, zum Beispiel ein Batteriepack, sein. Dabei kann unter einem Batteriesystem insbesondere ein System auf der Basis von sekundären oder primären, insbesondere sekundären, Batteriezellen verstanden werden. Ein System auf der Basis von Sekundärbatteriezellen, so genannten Akkumulatoren, kann dabei insbesondere auch als Akkumulatorsystem bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Energiespeichersystem beziehungsweise das Batteriesystem eine Traktionsbatterie, beispielsweise für ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug, ein (sonstiges) mobiles Batteriesystem, beispielsweise ein (sonstige) Fahrzeugbatterie oder ein stationäres Batteriesystem (Akkumulatorsystem), beispielsweise für eine Photovoltaikanlage, sein. Insbesondere kann das Energiespeichersystem beziehungsweise das Batteriesystem ein Lithium-Batteriesystem sein, welches Lithium-Sekundärzellen umfasst.
Unter gewissen Umständen, beispielsweise in einem Schadensfall einer Zelle, kann in einem Energiespeichersystem, wie einem Lithium-Batteriesystem, ein Entgasungsvorgang stattfinden, wobei ein Gas austreten kann, welches einen oder mehrere für Menschen und/oder die Umwelt kritische, beispielsweise schädliche, zum Beispiel leicht entzündliche, umweltschädliche, gesundheitsgefährdende und/oder giftige, Bestandteile enthalten kann.
Im Fall einer Lithium-Zelle, beispielsweise einer Lithium-Ionen-Zelle oder Lithium-Metall-Zelle, insbesondere mit einem fluorhaltigen Elektrolyten und/oder Bindermaterial, beispielsweise Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) als Leitsalz und/oder Polyvinylidenfluorid (PVdF) als Binder, kann das austretbare Gas zum Beispiel einen oder mehrere fluorhaltige Bestandteile, wie Fluorwasserstoff (HF), Carbonylfluorid (COF₂), Tetrafluormethan (CF₄), Hexafluorethan (F116, C₂F₆) und/oder Fluorbenzol (C₆H₅F), und/oder eine oder mehrere organische Komponenten, wie Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Ethen (C₂H₄), Propan, Propen, n-Butan, Benzol, Formaldyhyd (HCHO), Acetaldehyd, Essigsäure, Ameisensäure, Methanol, Ethanol, Ethylacetat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat und/oder Vinylencarbonat, und/oder eine oder mehrere anorganische Komponenten, wie Phosphan/e (Phosphin/e, PH₃), Wasserstoff (H₂), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂) und/oder Distickstoffmonoxid (N₂O), enthalten. Dabei sind fluorhaltige Verbindungen, wie Fluorwasserstoff (HF), beispielsweise im Hinblick auf Toxizität, besonders unerwünscht. Organische Komponenten können – beispielsweise im Hinblick auf Entzündlichkeit – unerwünscht sein.
Durch die Gasreinigungseinheit können vorteilhafterweise Menschen im Umfeld des Energiespeichersystems davor geschützt werden mit kritischen, beispielsweise schädlichen, zum Beispiel umweltschädlichen, gesundheitsgefährdenden, giftigen und/oder leicht entzündlichen, Bestandteilen des austretbaren Gases in Kontakt zu kommen. Beispielsweise kann durch die Gasreinigungseinheit ein Eindringen von Bestandteilen des austretbaren Gases in den Fahrgastraum eines Fahrzeugs und/oder in einen, ein Fahrzeug umgebenden Raum, wie eine Garage, beispielsweise Tiefgarage, verhindert werden. Dies kann insbesondere in geschlossenen Gebäuden, wie Tiefgaragen oder Garagen von Wohnhäusern, bei denen sich die Konzentration des Gases in der betreffenden Räumlichkeit nicht ausreichend verflüchtigen kann, vorteilhaft sein.
Durch das Abscheidemittel kann dabei insbesondere mindestens ein kritischer, beispielsweise schädlicher oder gefährlicher, zum Beispiel umweltschädlicher und/oder gesundheitsgefährdender und/oder giftiger und/oder leicht entzündlicher, Bestandteil des austretbaren Gases aus dem Gas abgeschieden werden. Insbesondere kann das mindestens eine Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines kritischen, beispielsweise schädlichen oder gefährlichen, zum Beispiel umweltschädlichen und/oder gesundheitsgefährdenden und/oder giftigen und/oder leicht entzündlichen, Bestandteils des austretbaren Gases ausgelegt sein. So kann das austretbare Gas durch die Gasreinigungseinheit von diesem mindestens einen, insbesondere kritischen, Bestandteil gereinigt und Menschen sowie Umwelt davor geschützt werden.
Durch die Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines Bauteils kann vorteilhafterweise die Oberfläche im Innenraum der Gasreinigungseinheit vergrößert werden, so dass das austretbare Gas beim Durchströmen der Gasreinigungseinheit auf eine möglichst große Oberfläche trifft. Durch die, durch die Oberflächenvergrößerungsstruktur vergrößerte Oberfläche kann dabei zum einen die Kontaktfläche zwischen dem Gas und dem Abscheidemittel und dadurch die abscheidende Wirkung des Abscheidemittels erhöht werden. Zum anderen kann durch die, durch die Oberflächenvergrößerungsstruktur vergrößerte Oberfläche die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms gesenkt und gegebenenfalls die Strömungsstrecke erhöht werden und auf diese Weise die Verweildauer des austretbaren Gases in der Gasreinigungseinheit und damit die Zeit zur Wechselwirkung des Gases und mit dem Abscheidemittel verlängert werden und dadurch die Effektivität des Abscheidemittels weiter erhöht werden. Durch die Effektivitätssteigerung des Abscheidemittels kann vorteilhafterweise wiederum die Sicherheit, insbesondere für Menschen und Umwelt, in der Umgebung des Energiespeichersystems weiter erhöht werden. Zudem kann durch die Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines Bauteils die mechanische Stabilität der Gasreinigungseinheit und/oder des Abscheidemittels erhöht und dadurch beispielsweise deren Einsatzdauer verlängert werden. Zudem können Oberflächenvergrößerungsstrukturen in Form von Bauteilen vorteilhafterweise auf einfache Weise, beispielsweise durch Spritz- und/oder Gusstechniken und/oder Umformtechniken, hergestellt werden.
Dass die Gasreinigungseinheit als, insbesondere kompakte beziehungsweise abgeschlossene, Einheit ausgestaltet ist, bietet zudem den Vorteil, dass damit eine Vielzahl unterschiedlicher Energiespeichersysteme ausgestattet und/oder die Gasreinigungseinheit an unterschiedlichen Positionen in oder an oder benachbart zu dem Energiespeichersystem montiert werden kann. Dabei bietet die Gasreinigungseinheit auch die Möglichkeit ein Energiespeichersystem damit nachzurüsten. Ferner kann die Gasreinigungseinheit durch die Ausgestaltung als Einheit austauschbar sein. Dies bietet vorteilhafterweise die Möglichkeiten die Gasreinigungseinheit beispielsweise nach dem Eintreten eines Schadensfalls einer Zelle und der Bereinigung eines ausgetretenen Gases und/oder im Falle einer Degradation des Abscheidemittels, beispielsweise über eine lange Einsatzdauer, und/oder im Fall eines Defektes, und/oder zum Austausch und/oder zur Wartung und/oder zum Recycling, auf einfache Weise gegen eine neue Gasreinigungseinheit auszutauschen und auf diese Weise die Nachhaltigkeit des Energiespeichersystems zu verbessern.
Insgesamt bietet die Gasreinigungseinheit somit vorteilhafterweise eine Erhöhung der Sicherheit des Energiespeichersystems sowie eine gesteigerte Flexibilität, insbesondere im Hinblick auf deren Einsatz und Herstellung.
Geeignete bauliche Konstruktionen zur Ausgestaltung der mindestens einen Oberflächenvergrößerungsstruktur können beispielsweise Ausgestaltungen in Form einer Trennwand, einer in den Innenraum des Behälters hineinragenden Struktur oder in Form eines offenporösen Schaums sein.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist in dem Innenraum des Behälters mindestens eine, insbesondere gasstromumlenkende, Oberflächenvergrößerungsstruktur angeordnet, durch welche die Strömungsrichtung des Gasstroms mindestens einmal umgelenkt wird. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung davon ist in dem Innenraum des Behälters mindestens eine (gasstromumlenkende) Oberflächenvergrößerungsstruktur angeordnet, durch welche der Gasstrom mäandrierend umgelenkt wird. Zum Beispiel können in dem Innenraum des Behälters mindestens zwei (gasstromumlenkende) Oberflächenvergrößerungsstrukturen angeordnet sein, durch welche der Gasstrom mäandrierend umgelenkt wird. So kann vorteilhafterweise die Kontaktfläche zwischen dem Gas und dem Abscheidemittel erhöht und die Zeit zur Wechselwirkung des Gases mit dem Abscheidemittel, insbesondere durch eine Senkung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms und/oder durch eine Verlängerung der Strömungsstrecke des Gasstroms, verlängert und dadurch die Effektivität des Abscheidemittels erhöht werden. Die mindestens eine (gasstromumlenkende) Oberflächenvergrößerungsstruktur kann insbesondere in Form einer den Gasstrom leitenden, beispielsweise gasdichten oder gasdurchlässigen, Trennwand ausgebildet sein.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist in dem Innenraum des Behälters mindestens eine, insbesondere gasstromteilende, Oberflächenvergrößerungsstruktur angeordnet, durch welche der Gasstrom in zwei oder mehr Teilgasströme unterteilt wird. So kann vorteilhafterweise ebenfalls die Kontaktfläche zwischen dem Gas und dem Abscheidemittel erhöht und die Zeit zur Wechselwirkung des Gases mit dem Abscheidemittel, insbesondere durch eine Senkung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms, verlängert und dadurch die Effektivität des Abscheidemittels erhöht werden. Die mindestens eine (gasstromteilende) Oberflächenvergrößerungsstruktur kann insbesondere ebenfalls in Form einer den Gasstrom leitenden, beispielsweise gasdichten oder gasdurchlässigen, Trennwand ausgebildet sein.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist in dem Innenraum des Behälters mindestens eine, insbesondere gasstromverwirbelnde, Oberflächenvergrößerungsstruktur angeordnet, durch welche der Gasstrom verwirbelt wird. So kann vorteilhafterweise die Kontaktfläche zwischen dem Gas und dem Abscheidemittel erhöht und die Zeit zur Wechselwirkung des Gases mit dem Abscheidemittel, insbesondere durch eine Senkung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms und/oder durch eine Verlängerung der Verweildauer des Gasstroms, verlängert und dadurch die Effektivität des Abscheidemittels erhöht werden. Die mindestens eine (gasstromverwirbelnde) Oberflächenvergrößerungsstruktur kann insbesondere in Form einer, insbesondere von einer Behälterwand oder Trennwand, in den Gasstrom hineinragenden (Verwirbelungs-)Struktur ausgebildet sein. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung weist die mindestens eine (gasstromverwirbelnde) Oberflächenvergrößerungsstruktur eine fraktale Geometrie auf. Beispielsweise kann die mindestens eine gasstromverwirbelnde Oberflächenvergrößerungsstruktur eine Form aufweisen, die aus mehreren verkleinerten Kopien ihrer selbst ausgebildet ist. Derartige fraktale Formen können beispielsweise von Vorbildern aus der Natur, beispielsweise Bäumen und/oder Eisblumen, abgeleitet werden. Durch fraktale Geometrien können vorteilhafterweise besonders effiziente Verwirbelungen des Gasstroms realisiert werden.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist in dem Innenraum des Behälters mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur angeordnet, welche in Form eines offenporösen Schaums ausgebildet ist. So kann vorteilhafterweise die Kontaktfläche zwischen dem Gas und dem Abscheidemittel erhöht und die Zeit zur Wechselwirkung des Gases mit dem Abscheidemittel, insbesondere durch eine Senkung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms und gegebenenfalls durch eine Verlängerung der Strömungsstrecke des Gasstroms und gegebenenfalls durch eine Verlängerung der Verweildauer des Gasstroms, verlängert und dadurch die Effektivität des Abscheidemittels erhöht werden. Zudem können offenporöse Schäume vorteilhafterweise einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Die mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur, zum Beispiel die mindestens eine gasstromumlenkende und/oder gasstromteilende und/oder gasstromverwirbelnde und/oder schaumförmige Oberflächenvergrößerungsstruktur, kann beispielsweise das mindestens eine Abscheidemittel, zum Beispiel in Form eines Zusatzstoffes, zum Beispiel Füllstoffs oder Additivs, umfassen. Gegebenenfalls kann die mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur, zum Beispiel die mindestens eine gasstromumlenkende und/oder gasstromteilende und/oder gasstromverwirbelnde und/oder schaumförmige Oberflächenvergrößerungsstruktur, auch aus dem mindestens einen Abschneidemittel ausgebildet sein. So können vorteilhafterweise mehrere Funktionen durch ein Bauteil realisiert werden.
Vorzugsweise umfasst der Innenraum des Behälters das mindestens eine Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases jedoch weiterhin beziehungsweise zusätzlich, insbesondere zu der mindestens einen Oberflächenvergrößerungsstruktur. Dies hat zum einen den Vorteil, dass das Abscheidemittel speziell im Hinblick auf dessen abscheidende Wirkung auf die abzuscheidende Spezies und beispielsweise auch die Oberflächenvergrößerungsstruktur/en im Hinblick auf deren mechanische Stabilität beziehungsweise Trägerfunktion optimiert werden können. Zum anderen ermöglicht dies auch, eine derartige Gasreinigungseinheit mit einem bestimmten in einer Herstellungslinie herstellbaren Aufbau, mit unterschiedlich spezialisierten Abscheidemitteln zu versehen und auf diese Weise verschiedenartig spezialisierte Gasreinigungseinheiten, beispielsweise zur Abscheidung unterschiedlicher Stoffe, ohne größeren Aufwand bereitzustellen. So kann vorteilhafterweise die Flexibilität der Gasreinigungseinheit, insbesondere im Hinblick auf deren Einsatz und Herstellung, gesteigert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Innenraum des Behälters ein Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases, welches ein Feststoff ist.
Dabei kann die Gasreinigungseinheit, insbesondere der Behälter, mindestens ein festes Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases umfassen und/oder zur Aufnahme mindestens eines festen Abscheidemittels ausgelegt sein.
Im Rahmen einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Innenraum des Behälters ein Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases, welches eine Flüssigkeit ist. So kann das austretbare Gas vorteilhafterweise durch die Flüssigkeit getrieben werden, welche beispielsweise mit dem mindestens einen Bestandteil eine chemische Reaktion eingeht, zum Beispiel eine Neutralisierung des mindestens einen chemischen Bestandteils, beispielsweise Fluorwasserstoffs (HF), verrichtet, und/oder den mindestens einen Bestandteil, beispielsweise organische Komponenten, in sich löst und/oder dispergiert.
Dabei kann die Gasreinigungseinheit, insbesondere der Behälter, mindestens ein flüssiges Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases umfassen und/oder zur Aufnahme mindestens eines flüssigen Abscheidemittels ausgelegt sein.
Zudem kann die Gasreinigungseinheit, insbesondere der Behälter, mindestens ein festes Abscheidemittel und/oder mindestens ein flüssiges Abscheidemittel umfassen und/oder zur Aufnahme mindestens eines festen Abscheidemittels und/oder zur Aufnahme mindestens eines flüssigen Abscheidemittels ausgelegt sein.
Zur Aufnahme eines flüssigen Abscheidemittels kann der Behälter beispielsweise mindestens eine mäanderschleifenbildende, gasstromumlenkende Oberflächenvergrößerungsstruktur und/oder mindestens eine als offenporösen Schaum ausgebildete Oberflächenvergrößerungsstruktur und gegebenenfalls mindestens einen später erläuterten Flüssigkeitsauffangbehälter und/oder mindestens ein später erläutertes Ventil aufweisen.
Beispielsweise kann mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur, zum Beispiel die mindestens eine gasstromumlenkende und/oder gasstromteilende und/oder gasstromverwirbelnde und/oder schaumförmige Oberflächenvergrößerungsstruktur, und/oder mindestens eine Innenwandung des Behälters, insbesondere zumindest teilweise, mit dem Abscheidemittel in Form eines Feststoffs, zum Beispiel in Form eines Beschichtung, beschichtet und/oder der Innenraum des Behälters, insbesondere zumindest teilweise, mit dem mindestens einen Abscheidemittel, zum Beispiel in Form einer Flüssigkeit/Füllung, gefüllt sein.
Insofern mit dem Abscheidemittel in Form eines Feststoffs mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur beschichtet ist, kann die Beschichtung beispielsweise eine fraktal strukturierte und/oder mikrostrukturierte Oberfläche aufweisen. Beispielsweise kann die Mikrostrukturierung der Oberfläche in Form von voneinander beabstandeten Erhebungen ausgebildet sein, welche eine Erhebungshöhe und/oder einen Abstand von ≤ 100 μm, beispielsweise von ≤ 50 μm, zum Beispiel von ≤ 25 μm, aufweisen. Dadurch dass sich die Beschichtungsoberflächen aus der Anwendung von fraktaler Geometrie ableiten lassen und/oder Vorbilder aus der Natur, beispielsweise den Lotusblumen-Effekt, nachahmen, kann vorteilhafterweise die Oberfläche maximiert und gegebenenfalls auch ein Abperleffekt erzielt werden. Ein Abperleffekt kann vorteilhaft sein, um beispielsweise bei größeren Strukturen Flächen, zum Beispiel reaktive und/oder katalytische Flächen, vor Verschmutzungen und/oder Verstopfungen im Vorfeld und/oder über die Betriebsdauer zu schützen.
Das mindestens eine Abscheidemittel kann insbesondere dazu ausgelegt sein, mindestens einen kritischen, beispielsweise schädlichen oder gefährlichen, zum Beispiel umweltschädlichen und/oder gesundheitsgefährdenden und/oder giftigen und/oder leicht entzündlichen, Bestandteil des Gases in einen unkritischen Stoff umzuwandeln und beispielsweise dadurch unschädlich beziehungsweise ungefährlich zu machen.
Das Umwandeln in einen unkritischen Stoff kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das mindestens eine Abscheidemittel mit dem mindestens einen kritischen, beispielsweise schädlichen oder gefährlichen, zum Beispiel umweltschädlichen und/oder gesundheitsgefährdenden und/oder giftigen und/oder leicht entzündlichen, Bestandteil des austretbaren Gases eine chemische Reaktion eingeht, beispielsweise in dem es diesen neutralisiert und/oder dessen chemische Umwandlung katalysiert, und/oder in dem es, beispielsweise in Form eines Flüssigkeit, den mindestens einen Bestandteil des austretbaren Gases in sich löst und/oder dispergiert.
Insofern das mindestens eine Abscheidemittel dazu ausgelegt, einen kritischen Bestandteil in einen unkritischen Stoff durch eine chemische Reaktion umzuwandeln, kann die Gasreinigungseinheit auch als Umwandlungseinheit, insbesondere Gasumwandlungseinheit, bezeichnet werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist daher das mindestens eine Abscheidemittel dazu ausgelegt, mit dem mindestens einen, insbesondere kritischen, Bestandteil des austretbaren Gases eine chemische Reaktion einzugehen und/oder den mindestens einen, insbesondere kritischen, Bestandteil des austretbaren Gases in sich zu lösen und/oder zu dispergieren.
Beispielsweise kann der Innenraum des Behälters mindestens ein Abscheidemittel umfassen, welches dazu ausgelegt ist, mindestens einen, insbesondere kritischen, Bestandteil des austretbaren Gases zu neutralisieren beziehungsweise mit diesem eine Neutralisationsreaktion einzugehen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Innenraum des Behälters mindestens ein Abscheidemittel umfassen, welches dazu ausgelegt ist, die chemische Umwandlung mindestens eines, insbesondere kritischen, Bestandteils des austretbaren Gases, insbesondere in einen unkritischen Stoff, zu katalysieren beziehungsweise mit diesem eine Katalysereaktion einzugehen. Dabei kann das Abscheidemittel beispielsweise in Form eines Feststoffs, zum Beispiel in Form einer Beschichtung, oder in Form einer Flüssigkeit vorliegen beziehungsweise eingesetzt werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Innenraum des Behälters mindestens ein Abscheidemittel umfassen, welches dazu ausgelegt ist, mindestens einen, insbesondere kritischen, Bestandteil des austretbaren Gases in sich zu lösen und/oder zu dispergieren. Dabei kann das Abscheidemittel beispielsweise in Form einer Flüssigkeit vorliegen beziehungsweise eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das Abscheidemittel dabei Wasser umfassen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine Abscheidemittel beziehungsweise das zur chemischen Reaktion, insbesondere Neutralisationsreaktion, und/oder Lösung und/oder Dispersion ausgelegte Abscheidemittel ein Erdalkalisalz. Insbesondere kann das Abscheidemittel dabei ein Calciumsalz umfassen. Erdalkalisalze, insbesondere Calciumsalze, können vorteilhafterweise Fluorwasserstoff (HF) neutralisieren. Dabei kann der Fluorwasserstoff insbesondere zu schwer löslichen Erdalkalifluoriden, beispielsweise Calciumfluorid, umgewandelt und auf diese Weise unschädlich gemacht werden. Dabei kann das Abscheidemittel in Form eines Feststoffs, zum Beispiel als (funktionale) Beschichtung, und/oder in Form einer Flüssigkeit, zum Beispiel einer, beispielsweise wässrigen, Erdalkalisalz-Lösung und/oder -Suspension, insbesondere Calciumsalz-Lösung und/oder -Suspension, ausgebildet sein beziehungsweise eingesetzt werden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das mindestens eine Abscheidemittel beziehungsweise das zur chemischen Reaktion, insbesondere Neutralisationsreaktion, und/oder Lösung und/oder Dispersion ausgelegte Abscheidemittel ein Erdalkalicarboxylat. Insbesondere kann das Abscheidemittel dabei ein Calciumcarboxylat, beispielsweise Calciumglukonat, umfassen. Erdalkalicarboxylate, insbesondere Calciumcarboxylate, können vorteilhafterweise eine gute Wasserlöslichkeit aufweisen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine, beispielsweise wässrige, Erdalkalicarboxylat-Lösung, insbesondere Calciumcarboxylat-Lösung, mit einer hohen Konzentration und damit einer guten Abscheidewirkung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere kann daher das Abscheidemittel in Form einer, beispielsweise wässrigen, Erdalkalicarboxylat-Lösung und/oder -Suspension, insbesondere Calciumcarboxylat-Lösung und/oder -Suspension, ausgebildet sein beziehungsweise eingesetzt werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst das mindestens eine Abscheidemittel beziehungsweise das zur chemischen Reaktion, insbesondere Neutralisationsreaktion, und/oder Lösung und/oder Dispersion ausgelegte Abscheidemittel Calciumglukonat. Calciumglukonat weist vorteilhafterweise eine besonders hohe Wasserlöslichkeit auf. Insbesondere kann daher das Abscheidemittel in Form einer, beispielsweise wässrigen, Calciumglukonat-Lösung und/oder -Suspension ausgebildet sein beziehungsweise eingesetzt werden.
Im Rahmen einer anderen, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das mindestens eine Abscheidemittel beziehungsweise das zur chemischen Reaktion, insbesondere Neutralisationsreaktion, und/oder Lösung und/oder Dispersion ausgelegte Abscheidemittel Calciumchlorid. Calciumchlorid weist vorteilhafterweise eine akzeptable Wasserlöslichkeit auf. Insbesondere kann daher das Abscheidemittel auch in Form einer, beispielsweise wässrigen, Calciumchlorid-Lösung und/oder -Suspension ausgebildet sein beziehungsweise eingesetzt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das mindestens eine Abscheidemittel beziehungsweise das zur chemischen Reaktion, insbesondere Neutralisationsreaktion, ausgelegte Abscheidemittel Wasser. Grundsätzlich kann bereits dadurch, dass Wasser mit dem austretbaren Gas durchströmt wird, eine abscheidende Wirkung erzielt werden.
Wie vorstehend im Zusammenhang mit den Erdalkalisalzen erläutert, kann diese Wirkung noch dadurch verstärkt werden, dass Erdalkalisalz, beispielsweise Calciumsalz, zum Beispiel Calciumglukonat, und Wasser und in Kombination, insbesondere in Form einer wässrigen Lösung und/oder -Suspension eingesetzt werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausführungsform umfasst daher der Innenraum des Behälters ein Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases, welches eine Flüssigkeit, insbesondere eine wässrige Calciumsalzlösung, ist.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines offenporösen Schaums mit dem Abscheidemittel in Form einer Flüssigkeit getränkt, und/oder mit dem Abscheidemittel in Form eines Feststoffes beschichtet und/oder umfasst die mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur ein Abscheidemittel zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases, beispielsweise als Zusatzstoff, zum Beispiel Füllstoff oder Additiv. So kann vorteilhafterweise eine gute Abscheidewirkung erzielt werden. Insbesondere kann die mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines offenporösen Schaums mit dem Abscheidemittel in Form einer Flüssigkeit getränkt sein. So kann vorteilhafterweise eine besonders gute Abscheidewirkung erzielt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die Gasreinigungseinheit einen, dem mindestens einen Abscheidemittel vorgeschalteten und/oder nachgeschalteten Flüssigkeitsauffangbehälter auf. Der beziehungsweise die Flüssigkeitsauffangbehälter können dabei ähnlich einer so genannten (Sicherheits-)Waschflasche ausgestaltet sein. Dies kann insbesondere bei einem flüssigen Abscheidemittel vorteilhaft sein, da durch den beziehungsweise die Flüssigkeitsauffangbehälter, die Flüssigkeit – im Fall eines Unterdrucks in dem Energiespeichersystem und/oder der Umgebung – in dem Behälter der Gasreinigungseinheit gehalten werden kann und auf diese Weise verhindert werden kann, dass die Flüssigkeit in das Energiespeichersystem und/oder die Umgebung gelangen kann.
Beispielsweise kann ein vorgeschalteter und/oder nachgeschalteter Flüssigkeitsauffangbehälter durch mindestens eine leere Schleife beziehungsweise mindestens einen leeren Mäander einer gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstruktur realisiert werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Flüssigkeit dadurch in dem Behälter der Gasreinigungseinheit gehalten werden, dass eine Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines offenporösen Schaums mit der Flüssigkeit getränkt wird.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung ist daher die mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines offenporösen Schaums mit dem Abscheidemittel in Form einer Flüssigkeit getränkt und in mindestens einer Mäanderschleife angeordnet, welche durch die mindestens eine gasstromumlenkende Oberflächenvergrößerungsstruktur ausgebildet wird. Insbesondere kann dabei die mindestens eine gasstromumlenkende Oberflächenvergrößerungsstruktur mindestens eine weitere Mäanderschleife, insbesondere mindestens zwei weitere Mäanderschleifen, ausbilden, welche der Mäanderschleife des offenporösen Schaums vorgeschaltete und/oder nachgeschaltete ist und insbesondere als Flüssigkeitsauffangbehälter dient.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Abscheidemittel durch eine Heizvorrichtung beheizbar. Durch die, durch die Heizvorrichtung erzeugbare Wärmeenergie kann gegebenenfalls die chemische Reaktionsfähigkeit des Abscheidemittels, beispielsweise in Form eines Katalysators, erhöht und ein besserer Wirkungsgrad realisiert werden. Die Heizvorrichtung kann zum Beispiel Teil der Gasreinigungseinheit sein oder sich in deren unmittelbaren Nähe befinden. Gegebenenfalls kann auch die, in dem Energiespeichersystem, beispielsweise Batteriepack, enthaltene elektrische Energie dazu verwendet werden, um die Heizvorrichtung zu betreiben. Zum Beispiel kann die Heizvorrichtung dabei einen elektrischen Heizwendel, zum Beispiel einen elektrisch niederohmigen Heizwendel, umfassen. Zum Beispiel kann die Heizvorrichtung dabei durch eine Schaltvorrichtung des Energiespeichersystems, zum Beispiel eine batterieinterne Schaltvorrichtung, steuerbar, insbesondere zuschaltbar, sein. Es ist jedoch auch möglich die Heizvorrichtung durch Abwärme des Energiespeichersystems zu betreiben.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Gaseinlass und/oder der Gasauslass zum Anschließen der Gasreinigungseinheit an eine Entgasungsleitung, insbesondere einen Entgasungsschlauch, ausgelegt. So kann die Gasreinigungseinheit auf einfache Weise montiert, ausgetauscht und/oder nachgerüstet werden.
Der Gaseinlass und/oder der Gasauslass kann zudem mit einem Ventil, beispielsweise einem Rückschlagventil, ausgestattet werden. Durch die Ausstattung des Gaseinlasses und/oder Gasauslasses mit einem Ventil, insbesondere Rückschlagventil, kann vorteilhafterweise ein Eindringen von Stoffen aus der Umgebung in die Gasreinigungseinheit und/oder in das Energiespeichersystem verhindert werden. So können das Energiespeichersystem und/oder gegebenenfalls die Gasreinigungseinheit zum Beispiel vor eindringender Feuchte geschützt werden. Insofern die Gasreinigungseinheit eine Flüssigkeit umfasst, kann durch die Ausstattung des Gaseinlasses mit einem Ventil, insbesondere Rückschlagventil, vorteilhafterweise auch ein Rücksteigen der Flüssigkeit in das Energiespeichersystem – zum Beispiel im Fall eines Unterdrucks im Energiespeichersystem – verhindert werden.
Die Gasreinigungseinheit kann sowohl innerhalb des Energiespeichersystems, beispielsweise Batteriesystems, als auch außerhalb des Energiespeichersystems, beispielsweise Batteriesystems, zum Beispiel in einem damit ausgestatteten Fahrzeug, anordbar oder angeordnet sein.
Die Gasreinigungseinheit kann vorteilhafterweise bei Energiespeichersystemen, bei denen unter gewissen Umständen Entgasungsvorgänge stattfinden können und insbesondere bei denen Gas mit, insbesondere für Mensch und/oder Umwelt, kritischen Bestandteilen entstehen kann, eingesetzt werden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Gasreinigungseinheit wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeichersystem sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand ist ein Energiespeichersystem, welches mindestens eine erfindungsgemäße Gasreinigungseinheit umfasst. Beispielsweise kann dabei die Gasreinigungseinheit an eine Entgasungsleitung des Energiespeichersystems angeschlossen oder anschließbar sein. Das Energiespeichersystem kann beispielsweise ein Batteriesystem sein. Insbesondere kann das Energiespeichersystem ein Lithium-Batteriesystem sein. Zum Beispiel kann das Energiespeichersystem Teil eines Fahrzeugs oder einer stationären Vorrichtung sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gasreinigungseinheit sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasreinigungseinheit mit gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen und einem Abscheidemittel in Form einer Flüssigkeit;
2 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasreinigungseinheit mit gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen mit einer Abscheidemittel-Beschichtung;
3 eine schematische, perspektivische Anschnittsansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasreinigungseinheit mit gasstromteilenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen;
4 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasreinigungseinheit mit gasstromverwirbelnden Oberflächenvergrößerungsstrukturen mit einer Abscheidemittel-Beschichtung;
5 eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasreinigungseinheit mit einer Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines mit einem Abscheidemittel getränkten, offenporösen Schaums; und
6 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasreinigungseinheit mit Mäander bildenden, gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen, einer Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines mit einem Abscheidemittel getränkten, offenporösen Schaums und durch schaumfreie Mäanderschleifen ausgebildeten, dem Schaum vorgeschalteten und nachgeschalteten Flüssigkeitsauffangbehältern.
Die 1 bis 6 veranschaulichen unterschiedliche Ausführungsformen von Gasreinigungseinheiten 10, welche 10 für ein Energiespeichersystem, beispielsweise ein Lithium-Batteriesystem, ausgelegt sind. Die 1 bis 6 zeigen das die Gasreinigungseinheiten 10 jeweils einen Behälter 11 mit einem Innenraum 12, einen Gaseinlass 13 zum Einlassen eines Gasstroms 14 eines aus einem Energiespeicher austretbaren Gases in den Innenraum 12 des Behälters 11 sowie einen Gasauslass 15 zum Auslassen des Gasstroms 14 aus dem Innenraum 12 des Behälters 11 umfassen. Dabei umfasst der Innenraum 12 des Behälters 11 ein Abscheidemittel 16 zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases sowie mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur 17a, 17b, 17c, 17d in Form eines Bauteils.
Das Abscheidemittel 16 kann sowohl in Form eines Feststoffs als auch in Form einer Flüssigkeit ausgebildet sein. Das Abscheidemittel 16 kann zum Beispiel eine oder mehrere chemische Verbindung/en und/oder Element/e umfassen, welche mit einem oder mehreren Bestandteilen des Gases 14 eine chemische und/oder physikalische Wechselwirkung eingehen und dadurch aus dem Gas 14 abscheiden können. Dabei kann das Abscheidemittel 16 beispielsweise dazu ausgelegt sein, mit mindestens einem, insbesondere kritischen, Bestandteil des austretbaren Gases 14 eine chemische Reaktion, insbesondere Neutralisationsreaktion beziehungsweise Katalysereaktion, einzugehen und dabei den, insbesondere kritischen, Bestandteil in einen, insbesondere unkritischen, Stoff umzuwandeln und/oder mindestens einen Bestandteil des austretbaren Gases 14 in sich zu lösen und/oder zu dispergieren. Zum Beispiel kann das Abscheidemittel 16 in Form einer Beschichtung ausgebildet sein, welche ein Calciumsalz, beispielsweise Calciumglukonat und/oder Calciumchlorid, umfasst oder daraus ausgebildet ist. Es ist jedoch auch möglich, das Abscheidemittel 16 in Form einer, beispielsweise wässrigen, Calciumsalzlösung, zum Beispiel einer wässrigen Calciumglukonat- und/oder Calciumchlorid-Lösung, auszubilden.
Insofern Gas 14 aus dem Energiespeichersystem austritt, kann es durch den Innenraum 12 des Behälters 11 der Gasreinigungseinheit 10 strömen, wobei dessen 14 Strömungsgeschwindigkeit durch die Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a, 17b, 17c, 17d verlangsamt wird und das Gas 14 auf das Abscheidemittel 16 trifft. In dem Gas 14 möglicherweise enthaltene kritische, beispielsweise schädliche und/oder gefährliche, Bestandteile können dann mit dem Abscheidemittel 16 wechselwirken und beispielsweise eine chemische Reaktion eingehen und/oder darin gelöst und/oder dispergiert werden. Durch die Wechselwirkung mit dem Abscheidemittel 16 kann so vorteilhafterweise das Gas 14 von den kritischen Gasbestandteilen bereinigt werden. Durch die Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a, 17b, 17c, 17d kann dabei vorteilhafterweise erzielt werden, dass das Gas 14 auf eine möglichst große Oberfläche in dem Innenraum 12 des Behälters 11 trifft. Geeignete Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a, 17b, 17c, 17d können beispielsweise gasstromumlenkende 17a, gasstromteilende 17b, gasstromverwirbelnde 17c und/oder schaumförmige 17d Oberflächenvergrößerungsstrukturen sowie Kombinationen davon sein, welche im Folgenden näher erläutert werden.
Im Rahmen der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen sind in dem Innenraum 12 des Behälters 11 Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a angeordnet, durch welche 17a die Strömungsrichtung des Gasstroms 14 mindestens einmal umgelenkt wird. Die 1 und 2 zeigen, dass dabei die gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a in Form von den Gasstrom leitenden Trennwänden 17a ausgebildet sind, welche den Gasstrom 14 mäandrierend umlenken. Die 1 und 2 zeigen weiterhin, dass der Gaseinlass 13 und der Gasauslass 15 zum Anschließen der Gasreinigungseinheit 10 an eine Entgasungsleitung, insbesondere einen Entgasungsschlauch, ausgelegt sind.
Im Rahmen der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Abscheidemittel 16 in Form einer Flüssigkeit ausgebildet, mit welcher 16 der Innenraum 12 des Behälters 11 gefüllt ist. 1 zeigt, dass dabei zudem der Gaseinlass 13 und der Gasauslass 15 mit einem Ventil 13’, 15’ ausgestattet sind.
Im Rahmen der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Abscheidemittel 16 in Form eines Feststoffs ausgebildet, mit welchem 16 die gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a und die Innenwandungen des Behälters 11 beschichtet sind.
Im Rahmen der in 3 gezeigten Ausführungsform sind in dem Innenraum 12 des Behälters 11 Oberflächenvergrößerungsstruktur 17b angeordnet, welche in Form von den Gasstrom 14 leitenden Trennwänden 17b ausgebildet sind und durch welche 17b der Gasstrom 14 in mehrere Teilgasströme 14’ unterteilt wird.
Im Rahmen der in 4 gezeigten Ausführungsform sind in dem Innenraum 12 des Behälters 11 Oberflächenvergrößerungsstruktur 17c angeordnet, welche in Form von, von einer Behälterwand oder Trennwand in den Gasstrom 14 hineinragenden Strukturen 17c ausgebildet sind und durch welche 17c der Gasstrom 14 verwirbelt wird. 3 zeigt, dass dabei die gasstromverwirbelnden Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17c eine fraktale, insbesondere baumartige, Geometrie aufweisen. Das Abscheidemittel 16 ist dabei in Form eines Feststoffs ausgebildet, mit welchem 16 die gasstromverwirbelnden Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17c beschichtet oder aus welchem 16 diese ausgebildet sind.
Im Rahmen der in 5 gezeigten Ausführungsform ist in dem Innenraum 12 des Behälters 11 eine Oberflächenvergrößerungsstruktur 17d angeordnet, welche 17d in Form eines offenporösen Schaums 17d ausgebildet ist. Der offenporöse Schaum 17d kann dabei beispielsweise mit dem Abscheidemittel 16 in Form einer Flüssigkeit getränkt sein. Alternativ dazu kann der offenporöse Schaum 17d auch mit dem Abscheidemittel 16 in Form eines Feststoffes beschichtet sein. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der offenporöse Schaum 17d zunächst mit einer Lösung des Abscheidemittels 16, beispielsweise Calciumglukonat, in einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, getränkt und dann das Lösungsmittel entfernt wird, sodass auf der inneren Oberfläche des offenporösen Schaums 17d eine Abscheidemittel-Beschichtung, beispielsweise aus Calciumglukonat, ausgebildet wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der offenporöse Schaum 17d das Abscheidemittel 16 auch als Zusatzstoff umfassen.
Im Rahmen der in 6 gezeigten Ausführungsform sind in dem Innenraum 12 des Behälters 11 sowohl gasstromumlenkende Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a in Form von Trennwänden als auch eine Oberflächenvergrößerungsstruktur in Form eines offenporösen Schaums 17d angeordnet. Dabei sind die gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a dazu ausgelegt, den Gasstrom mäandrierend umzulenken. Die schaumförmige Oberflächenvergrößerungsstruktur 17d ist dabei in einer durch die gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a ausgebildeten Mäanderschleife angeordnet und mit dem Abscheidemittel 16 in Form einer Flüssigkeit getränkt. 6 veranschaulicht, dass dabei die gasstromumlenkenden Oberflächenvergrößerungsstrukturen 17a zwei weitere Mäanderschleifen 18a, 18b ausbilden, welche der Mäanderschleife, in welcher der Schaum 17d angeordnet ist, vorgeschaltete 18a beziehungsweise nachgeschaltete 18b sind. Dies hat den Vorteil, dass die vorgeschaltete 18a und nachgeschaltete 18b Mäanderschleife – ähnlich der Funktion einer (Sicherheits-)Waschflasche – als Flüssigkeitsauffangbehälter dienen können, welche ein Austreten des flüssigen Abscheidemittels 16 aus dem Innenraum 12 des Behälters 11 verhindern können. Zusätzlich kann der Gaseinlass 13 und/oder der Gasauslass 15 mit einem Ventil, insbesondere Rückschlagventil, ausgestattet werden, um ein Austreten von flüssigem Abscheidemittel 16 durch den Gaseinlass 13 in Richtung des Energiespeichersystems beziehungsweise ein Eindringen von Stoffen aus der Umgebung durch den Gasauslass 15 in den Innenraum 12 des Behälters 11 zu verhindern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009000660 A1 [0004]
DE 102010051014 A1 [0005]

Claims

Gasreinigungseinheit (10) für ein Energiespeichersystem, insbesondere ein Lithium-Batteriesystem, umfassend – einen Behälter (11) mit einem Innenraum (12) – einen Gaseinlass (13) zum Einlassen eines Gasstroms (14) eines aus einem Energiespeicher austretbaren Gases in den Innenraum (12) des Behälters (11) und – einen Gasauslass (15) zum Auslassen des Gasstroms (14) aus dem Innenraum (12) des Behälters (11), wobei der Innenraum (12) des Behälters (11) mindestens ein Abscheidemittel (16) zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases umfasst, wobei in dem Innenraum (12) des Behälters (11) mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (17a, 17b, 17c, 17d) angeordnet ist.
Gasreinigungseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei in dem Innenraum (12) des Behälters (11) mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (17a, 17b, 17c, 17d) angeordnet ist, – durch welche (17a) die Strömungsrichtung des Gasstroms (14) mindestens einmal umgelenkt wird und welche in Form einer den Gasstrom (14) leitenden Trennwand (17a) ausgebildet ist, und/oder – durch welche (17b) der Gasstrom (14) in zwei oder mehr Teilgasströme (14’) unterteilt wird und welche in Form einer den Gasstrom (14) leitenden Trennwand (17b) ausgebildet ist, und/oder – durch welche (17c) der Gasstrom (14) verwirbelt wird und welche in Form einer, von einer Behälterwand oder Trennwand in den Gasstrom (14) hineinragenden Struktur (17c) ausgebildet ist, und/oder – welche (17d) in Form eines offenporösen Schaums (17d) ausgebildet ist.
Gasreinigungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Abscheidemittel (16) dazu ausgelegt ist, mit dem mindestens einen Bestandteil des austretbaren Gases eine chemische Reaktion, insbesondere Neutralisationsreaktion und/oder Katalysereaktion, einzugehen und/oder den mindestens einen Bestandteil des austretbaren Gases in sich zu lösen und/oder zu dispergieren.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine Abscheidemittel (16) ein Calciumsalz, insbesondere Calciumglukonat und/oder Calciumchlorid, umfasst.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine Abscheidemittel (16) Wasser umfasst.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Innenraum (12) des Behälters (11) ein Abscheidemittel (16) zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases umfasst, welches eine Flüssigkeit, insbesondere eine wässrige Calciumsalzlösung, ist.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine gasstromverwirbelnde Oberflächenvergrößerungsstruktur (17c) eine fraktale Geometrie aufweist.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Innenraum (12) des Behälters (11) ein Abscheidemittel (16) zum Abscheiden mindestens eines Bestandteils des austretbaren Gases umfasst, welches ein Feststoff ist, wobei mit dem Abscheidemittel (16) in Form eines Feststoffs mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (17a, 17b, 17c, 17d) beschichtet ist.
Gasreinigungseinheit (10) nach Anspruch 8, wobei die Beschichtung (16) eine fraktal strukturierte und/oder mikrostrukturierte Oberfläche aufweist.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Gasreinigungseinheit (10) einen, dem mindestens einen Abscheidemittel (16) vorgeschalteten (18a) und/oder nachgeschalteten (18b) Flüssigkeitsauffangbehälter aufweist.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei durch die mindestens eine gasstromumlenkende Oberflächenvergrößerungsstruktur (17a) die Strömungsrichtung des Gasstroms (14) mäandrierend umgelenkt, wird.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die mindestens eine Oberflächenvergrößerungsstruktur (17d) in Form eines offenporösen Schaums (17d) mit dem Abscheidemittel (16) in Form einer Flüssigkeit getränkt und in mindestens einer Mäanderschleife angeordnet ist, welche durch die mindestens eine gasstromumlenkende Oberflächenvergrößerungsstruktur (17a) ausgebildet wird, insbesondere wobei die mindestens eine gasstromumlenkende Oberflächenvergrößerungsstruktur (17a) mindestens eine weitere Mäanderschleife, insbesondere mindestens zwei weitere Mäanderschleifen, (18a, 18b) ausbildet, welche der Mäanderschleife des offenporösen Schaums (17d) vorgeschaltete (18a) und/oder nachgeschaltete (18b) ist.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das mindestens eine Abscheidemittel (16) durch eine Heizvorrichtung beheizbar ist, insbesondere wobei die Heizvorrichtung durch Abwärme des Energiespeichersystems betreibbar und/oder durch eine Schaltvorrichtung des Energiespeichersystems steuerbar ist.
Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Gaseinlass (13) und/oder der Gasauslass (15) zum Anschließen der Gasreinigungseinheit (10) an eine Entgasungsleitung, insbesondere einen Entgasungsschlauch, ausgelegt ist.
Energiespeichersystem, insbesondere Lithium-Batteriesystem, umfassend mindestens eine Gasreinigungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, insbesondere wobei die Gasreinigungseinheit (10) an eine Entgasungsleitung des Energiespeichersystems angeschlossen oder anschließbar ist.