DE102018200870A1 - Electrochemical energy storage, method for its maintenance and vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle, ein Verfahren zur Wartung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers sowie ein Fahrzeug mit einem solchen elektrochemischen Energiespeicher. Der elektrochemische Energiespeicher weist ein Gehäuse mit einer ersten Ventileinrichtung auf, die eingerichtet ist, eine gasleitende Verbindung zwischen einem Innenraum des Gehäuses und einem Außenbereich des Gehäuses reversibel herzustellen und ein Gasvolumen aus dem Gehäuse über die gasleitende Verbindung entweichen zu lassen, wenn die erste Ventileinrichtung aus dem Innenraum heraus mit einem Gasdruck beaufschlagt wird. Eine zweite Ventileinrichtung des Gehäuses ist eingerichtet, eine flüssigleitende Verbindung zwischen dem Außenbereich des Gehäuses und dem Innenraum des Gehäuses reversibel herzustellen und ein Flüssigkeitsvolumen in das Gehäuse über die flüssigleitende Verbindung eintreten zu lassen, wenn die zweite Ventileinrichtung aus dem Außenbereich heraus mit einem Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird.The present invention relates to an electrochemical energy store, in particular a lithium-ion cell, a method for the maintenance of such an electrochemical energy store, and a vehicle having such an electrochemical energy store. The electrochemical energy store has a housing with a first valve device which is designed to reversibly produce a gas-conducting connection between an inner space of the housing and an outer area of the housing and to allow a gas volume to escape from the housing via the gas-conducting connection when the first valve device the interior is pressurized with a gas pressure. A second valve device of the housing is configured to reversibly establish a liquid-conducting connection between the outer region of the housing and the interior of the housing and to allow a volume of liquid to enter the housing via the liquid-conducting connection when the second valve device is subjected to a fluid pressure from the outer region ,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle, ein Verfahren zur Wartung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers sowie ein Fahrzeug mit einem solchen elektrochemischen Energiespeicher.The present invention relates to an electrochemical energy store, in particular a lithium-ion cell, a method for the maintenance of such an electrochemical energy store, and a vehicle having such an electrochemical energy store.
Energiespeicherzellen, etwa Lithium-Ionen-Zelle, wie sie als Energiespeicher insbesondere im Bereich der Elektromobilität verwendet werden, enthalten Komponenten, die im Betrieb der Energiespeicherzellen an chemischen Reaktionen zur Speicherung oder Abgabe elektrischer Energie beteiligt sind. Im Rahmen dieser Reaktionen können einzelne Komponenten der Zellen, insbesondere ein Elektrolyt, degradieren und gegebenenfalls unerwünschte chemische Neben- bzw. Zersetzungsprodukte, insbesondere Gase, entstehen. Mit zunehmenden Alter bzw. zunehmender Betriebsdauer der Zellen führt dies in der Regel zu einem Aufblähen bzw. Schwellen (im englisch-technischen Sprachgebrauch als „Swelling“ bezeichnet) und/oder Austrocknen derselben, wodurch die mechanische Stabilität der Zellen beeinträchtigt wird bzw. die Leistungsfähigkeit und Kapazität sowie die Zuverlässigkeit der Zellen sinkt.Energy storage cells, such as lithium-ion cell, as they are used as energy storage, especially in the field of electromobility, contain components that are involved in the operation of the energy storage cells to chemical reactions for storage or delivery of electrical energy. Within the scope of these reactions, it is possible for individual components of the cells, in particular an electrolyte, to degrade and, if appropriate, unwanted chemical by-products or decomposition products, in particular gases, to form. With increasing age or increasing operating life of the cells, this usually leads to swelling or swelling (referred to in the English-technical language as "swelling") and / or drying of the same, whereby the mechanical stability of the cells is impaired or the performance and capacity as well as the reliability of the cells decreases.
Es ist bekannt, das Aufblähen mechanisch zu unterbinden, etwa indem eine oder mehrere Zellen durch Spannbänder auf Maß gehalten werden. Zudem werden üblicherweise sog. Berst-Ventile (auch als Burst-Ventile bezeichnet) vorgesehen, die vor Erreichen eines kritischen Überdrucks auslösen und damit eine physische Zerstörung der Zelle, insbesondere das Austreten von chemisch aggressiven Komponenten, verhindern.It is known to prevent puffing mechanically, such as by one or more cells are held by tension bands to size. In addition, so-called burst valves (also referred to as burst valves) are usually provided, which trigger before reaching a critical overpressure and thus prevent physical destruction of the cell, in particular the escape of chemically aggressive components.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrochemischen Energiespeicher mit einer verlängerten Lebensdauer bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an electrochemical energy store having a prolonged life.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrochemischen Energiespeicher nach Anspruch 1 und ein Verfahren zu dessen Wartung nach Anspruch 9.This object is achieved by an electrochemical energy store according to
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle, mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse eine erste Ventileinrichtung und eine zweite Ventileinrichtung aufweist. Die erste Ventileinrichtung ist eingerichtet, eine gasleitende Verbindung zwischen einem Innenraum des Gehäuses und einem Außenbereich des Gehäuses reversibel herzustellen und ein Gasvolumen aus dem Gehäuse über die gasleitende Verbindung entweichen zu lassen, wenn die erste Ventileinrichtung aus dem Innenraum heraus mit einem Gasdruck beaufschlagt wird. Die zweite Ventileinrichtung ist eingerichtet, eine flüssigleitende Verbindung zwischen dem Außenbereich des Gehäuses und dem Innenraum des Gehäuses reversibel herzustellen und ein Flüssigkeitsvolumen in das Gehäuse über die flüssigleitende Verbindung eintreten zu lassen, wenn die zweite Ventileinrichtung aus dem Außenbereich heraus mit einem Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird.A first aspect of the invention relates to an electrochemical energy store, in particular a lithium-ion cell, with a housing, wherein the housing has a first valve device and a second valve device. The first valve device is designed to reversibly produce a gas-conducting connection between an inner space of the housing and an outer area of the housing and to allow a gas volume to escape from the housing via the gas-conducting connection when the first valve device is acted upon from the inner space with a gas pressure. The second valve device is configured to reversibly establish a liquid-conducting connection between the outer region of the housing and the interior of the housing and to allow a liquid volume to enter the housing via the liquid-conducting connection when the second valve device is subjected to a fluid pressure from the outer region.
Das bei Zersetzungsreaktionen von Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers entstehende Gas kann dadurch bereits während oder kurz nach dem stattfinden der Reaktion aus dem Gehäuse austreten. Dies ermöglicht die Vermeidung eines allmählichen Druckaufbaus im Gehäuseinneren. Dementsprechend kann das Aufblähen des Gehäuses, etwa eines sog. prismatischen Hardcase-Gehäuses oder eines flexiblen, sog. Pouch-Gehäuses, zuverlässig vermieden oder zumindest signifikant verringert werden. Somit kann die Lebensdauer verlängert und die Betriebssicherheit erhöht werden.The resulting in decomposition reactions of components of the electrochemical energy storage gas can thus escape during or shortly after the reaction takes place from the housing. This allows the avoidance of a gradual pressure build-up inside the housing. Accordingly, the inflation of the housing, such as a so-called prismatic hardcase housing or a flexible, so-called. Pouch housing can be reliably avoided or at least significantly reduced. Thus, the life can be extended and the reliability can be increased.
Insbesondere können gasförmige Reaktionsprodukte, deren Anfallen bei chemischen Reaktionen an einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und/oder einem Elektrolyten des Energiespeichers unvermeidbar ist, wiederholt über die gasleitende Verbindung vom Innenraum des Gehäuses in den Außenbereich des Gehäuses treten. Entsprechend müssen die chemischen Komponenten des Energiespeichers, insbesondere dessen Elektrolyt, nicht zur Vermeidung von Gasbildung ausgelegt sein. Ähnlich muss auch das Gehäusedesign nicht darauf ausgelegt sein, einem hohen Gasdruck und einer daraus resultierenden Verspannkraft standzuhalten. Entsprechend können die chemischen Komponenten und/oder das Gehäusedesign flexibel gewählt werden.In particular, gaseous reaction products whose accumulation is unavoidable in chemical reactions on a positive electrode, a negative electrode and / or an electrolyte of the energy store repeatedly occur via the gas-conducting compound from the interior of the housing in the outer region of the housing. Accordingly, the chemical components of the energy storage, in particular its electrolyte, must not be designed to prevent gas formation. Similarly, the housing design does not have to be designed to withstand high gas pressure and consequent clamping force. Accordingly, the chemical components and / or the housing design can be chosen flexibly.
Die zweite Ventileinrichtung ermöglicht zudem ein Ausgleichen der chemischen Zersetzung eines flüssigen Elektrolyten, um die Leistungsfähigkeit und die Kapazität des Energiespeichers auch im zunehmenden Alter des Energiespeichers zumindest im Wesentlichen zu erhalten. Insbesondere kann dem Energiespeicher durch die zweite Ventileinrichtung wiederholt eine Elektrolytmenge zugeführt werden, welche der Gasmenge oder zumindest einem Teil davon entspricht, die bereits über die erste Ventileinrichtung aus dem Gehäuse ausgetreten ist. Somit wird ein effizienter Betrieb des Energiespeichers auch nach vielen Lade- und Entladezyklen ermöglicht.The second valve device also makes it possible to compensate for the chemical decomposition of a liquid electrolyte in order to at least substantially maintain the capacity and the capacity of the energy store as the energy storage device ages. In particular, an amount of electrolyte can be repeatedly supplied to the energy store by the second valve device, which corresponds to the amount of gas or at least a part thereof which has already leaked out of the housing via the first valve device. Thus, an efficient operation of the energy storage is possible even after many charging and discharging cycles.
Die Kombination aus der ersten Ventileinrichtung und der zweiten Ventileinrichtung ist besonders vorteilhaft, da hierdurch ein über die gasleitende Verbindung aus dem Gehäuse abgeführtes (Gas-)Volumen durch ein über die flüssigleitende Verbindung in das Gehäuse eingeführte (Flüssigkeits-)Volumen ersetzt werden kann. Dies ermöglicht einen dauerhaft chemisch und mechanisch stabilen sowie leistungsfähigen und hochkapazitiven Energiespeicher.The combination of the first valve device and the second valve device is particularly advantageous because it allows a (gas) volume discharged from the housing via the gas-conducting connection to be replaced by a (liquid) volume introduced into the housing via the liquid-conducting connection. This allows a permanent chemically and mechanically stable as well as powerful and high-capacity energy storage.
Insgesamt erlaubt die Erfindung den Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers mit verlängerter Lebensdauer.Overall, the invention allows the operation of an electrochemical energy storage with extended life.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Ventileinrichtung, die zweite Ventileinrichtung, oder beide als Rückschlagventil ausgebildet. Somit können der Gasdruck und/oder der Füllstand des Gehäuses bezüglich eines Elektrolyten wiederholt reguliert werden, wobei gleichzeitig das Eindringen von Feuchtigkeit aus dem Außenbereich des Gehäuses in den Innenraum des Gehäuses vermieden werden kann.In a preferred embodiment, the first valve device, the second valve device, or both are designed as a check valve. Thus, the gas pressure and / or the level of the housing with respect to an electrolyte can be repeatedly regulated, while at the same time the penetration of moisture from the outer region of the housing can be avoided in the interior of the housing.
Dabei weist das Rückschlagventil vorzugsweise einen Ventilsitz auf, in den ein Verschlusselement, etwa eine Kugel, ein Kegel, eine Klappe oder eine Membran, insbesondere durch ein Verspannelement, gedrückt wird, wobei das Verspannelement gegen den Gasdruck bzw. den Flüssigkeitsdruck wirkt. Das Verspannelement kann etwa als Feder mit einer vorgegebenen Federkonstante ausgebildet sein, so dass eine automatische Öffnung des Rückschlagventils möglich ist. Die erste und/oder zweite Ventileinrichtung kann dadurch zuverlässig und platzsparend ausgeführt werden.In this case, the check valve preferably has a valve seat, in which a closure element, such as a ball, a cone, a flap or a membrane, in particular by a Verspannelement is pressed, wherein the Verspannelement acts against the gas pressure or the liquid pressure. The bracing element may be formed as a spring with a predetermined spring constant, so that an automatic opening of the check valve is possible. The first and / or second valve device can be carried out reliably and space-saving.
Alternativ kann das Verspannelement aktiv steuerbar ausgebildet sein, etwa als ansteuerbarer Aktuator. Dadurch kann die erste Ventileinrichtung basierend auf einer Überwachung des Gasdrucks und/oder die zweite Ventileinrichtung in Abhängigkeit vom Zeitpunkt einer Bereitstellung der Flüssigkeit aktiv geöffnet bzw. geschlossen werden.Alternatively, the bracing element can be designed to be actively controllable, for example as a controllable actuator. As a result, the first valve device can be actively opened or closed based on a monitoring of the gas pressure and / or the second valve device as a function of the time of provision of the fluid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ventileinrichtung eingerichtet, die gasleitende Verbindung herzustellen, wenn der Gasdruck einen vorgegebenen ersten Druckschwellenwert erreicht oder überschreitet. Vorzugsweise liegt der erste vorgegebene Druckschwellenwert unterhalb eines kritischen Gasdrucks, etwa unterhalb von 7 bis 10 bar, bei dem eine physische Zerstörung oder zumindest Beschädigung des Energiespeichers bzw. dessen Gehäuse auftreten kann. Insbesondere beträgt der erste vorgegebene Druckschwellenwert weniger als 50 %, bevorzugt weniger als 35 %, besonders bevorzugt weniger als 25 % des kritischen Gasdrucks. Dadurch wird eine rechtzeitige, insbesondere im Wesentlichen kontinuierliche, Entgasung des Energiespeichers ermöglicht.In a further preferred embodiment, the first valve device is set up to establish the gas-conducting connection when the gas pressure reaches or exceeds a predetermined first pressure threshold value. The first predetermined pressure threshold value is preferably below a critical gas pressure, for example below 7 to 10 bar, at which physical destruction or at least damage to the energy store or its housing may occur. In particular, the first predetermined pressure threshold is less than 50%, preferably less than 35%, more preferably less than 25% of the critical gas pressure. This allows a timely, in particular substantially continuous, degassing of the energy store.
Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Ventileinrichtung eingerichtet, die flüssigleitende Verbindung herzustellen, wenn der Flüssigkeitsdruck einen vorgegebenen zweiten Druckschwellenwert erreicht oder überschreitet. Vorzugsweise entspricht der vorgegebene zweite Druckschwellenwert einem Druck, der von einer Pumpvorrichtung zum Befüllen des Gehäuses mit einem Elektrolyt erzeugt werden kann. Dies ermöglicht das zuverlässige Nachfüllen von Elektrolyt, ohne dass unbeabsichtigt andere Flüssigkeiten oder Gase vom Außenbereich in den Innenraum des Gehäuses treten können.Alternatively or additionally, the second valve device is designed to establish the liquid-conducting connection when the fluid pressure reaches or exceeds a predetermined second pressure threshold value. Preferably, the predetermined second pressure threshold value corresponds to a pressure that can be generated by a pump device for filling the housing with an electrolyte. This allows the reliable refilling of electrolyte, without inadvertently other liquids or gases can pass from the outside into the interior of the housing.
Vorzugsweise ist der vorgegebene zweite Druckschwellenwert ein dynamischer Druckschwellenwert, der in Abhängigkeit eines Innendrucks des Gehäuses bestimmt wird bzw. ist. Die zweite Ventileinrichtung kann dabei insbesondere eingerichtet sein, die flüssigleitende Verbindung herzustellen, wenn der Flüssigkeitsdruck um eine vorgegebene Druckdifferenz höher ist als der Innendruck im Inneren des Gehäuses. Dadurch kann der Elektrolyt auch unabhängig vom herrschenden Druck im Gehäuseinneren zuverlässig nachgefüllt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht der vorgegebene erste Druckschwellenwert einem Gasdruck, bei dem eine Verformung des Gehäuses durch den Gasdruck auftritt. Der vorgegebene erste Druckschwellenwert kann etwa einem Gasdruck entsprechen, bei dem ein Pouch-Gehäuse wesentliche Ausbuchtungen entwickelt, insbesondere bei dem das vom Pouch-Gehäuse eingeschlossene Volumen um mehr als 1 %, vorzugsweise mehr als 2,5 %, bevorzugt mehr als 5 % zunimmt. Somit kann eine dauerhafte Zerstörung oder zumindest eine dauerhafte Beschädigung des Gehäuses vermieden werden.Preferably, the predetermined second pressure threshold value is a dynamic pressure threshold, which is or is determined as a function of an internal pressure of the housing. The second valve device may in particular be arranged to establish the liquid-conducting connection when the liquid pressure is higher by a predetermined pressure difference than the internal pressure in the interior of the housing. As a result, the electrolyte can also be reliably replenished independently of the prevailing pressure inside the housing.
In a further preferred embodiment, the predetermined first pressure threshold value corresponds to a gas pressure at which a deformation of the housing occurs due to the gas pressure. The predetermined first pressure threshold value may correspond approximately to a gas pressure at which a pouch housing develops substantial bulges, in particular in which the volume enclosed by the pouch housing increases by more than 1%, preferably more than 2.5%, preferably more than 5% , Thus, a permanent destruction or at least a permanent damage to the housing can be avoided.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der vorgegebene erste Druckschwellenwert zwischen 0,5 und 4 bar, vorzugsweise zwischen 1 und 2 bar, insbesondere zwischen 1,25 und 1,5 bar, oberhalb eines bzw. des Umgebungsdrucks im Außenbereich des Gehäuses. Dadurch kann die erste Ventileinrichtung wiederholt betätigt werden, ohne dass ein kritischer Gasdrucks im Gehäuse, beispielsweise zwischen 7 und 10 bar, der zur reversiblen Zerstörung oder Beschädigung des Gehäuses führen würde, erreicht oder überschritten wird.In a further preferred embodiment, the predetermined first pressure threshold is between 0.5 and 4 bar, preferably between 1 and 2 bar, in particular between 1.25 and 1.5 bar, above one or the ambient pressure in the outer region of the housing. As a result, the first valve device can be repeatedly actuated without a critical gas pressure in the housing, for example between 7 and 10 bar, which would lead to the reversible destruction or damage of the housing, being reached or exceeded.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse des Weiteren eine dritte Ventileinrichtung auf, die eingerichtet ist, auf irreversible Weise eine zusätzliche gasleitende Verbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Außenbereich des Gehäuses herzustellen, wenn die erste Ventileinrichtung aus dem Innenraum heraus mit dem Gasdruck beaufschlagt wird und der Gasdruck im Innenraum mit einem Gradient abnimmt, der kleiner oder gleich einem vorgegebenen Druckgradienten ist. Mit anderen Worten ist die dritte Ventileinrichtung eingerichtet, den Gasdruck im Innenraum des Gehäuses zu reduzieren, falls ein bereits herrschender Gasdruck, insbesondere oberhalb des vorgegebenen ersten Druckschwellenwerts, durch die erste Ventileinrichtung nicht reduziert oder ein weiteres Ansteigen des Gasdrucks durch die erste Ventileinrichtung nicht begrenzt werden kann. Der vorgegebene Druckgradienten entspricht dabei vorzugsweise einer Rate, mit der die erste Ventileinrichtung Gas aus dem Gehäuseinneren in den Außenbereich des Gehäuses leiten kann, und hängt beispielsweise von einem Querschnitt einer Ventilöffnung, insbesondere eines Ventilsitzes, der ersten Ventileinrichtung ab. Der Betrieb des Energiespeichers kann dadurch noch sicherer gemacht werden.In a further preferred embodiment, the housing further comprises a third valve device, which is configured to irreversibly produce an additional gas-conducting connection between the interior of the housing and the outer region of the housing when the first valve device acts on the gas pressure from inside and the gas pressure in the interior decreases with a gradient that is less than or equal to a predetermined pressure gradient. In other words, the third valve device is set up to reduce the gas pressure in the interior of the housing, if an already prevailing gas pressure, in particular above the predefined first pressure threshold value, by the first valve means not reduced or a further increase in the gas pressure can not be limited by the first valve means. The predetermined pressure gradient preferably corresponds to a rate at which the first valve device can conduct gas from the housing interior to the outer region of the housing, and depends, for example, on a cross section of a valve opening, in particular a valve seat, of the first valve device. The operation of the energy storage can be made even safer.
Vorzugsweise ist die dritte Ventileinrichtung als Burst-Ventil eingerichtet, welches die zusätzliche gasleitende Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenbereich des Gehäuses einmalig herstellen kann. Bei dem Burst-Ventil kann es sich etwa um eine Membran handeln, die vorzugsweise bis zu einem kritischen Gasdruck, beispielsweise zwischen 7 und 10 bar, oberhalb dessen eine dauerhafte Zerstörung oder zumindest Beschädigung des Gehäuses auftreten kann, belastbar ist. Dadurch kann die dritte Ventileinrichtung zuverlässig und automatisch auslösen.Preferably, the third valve device is designed as a burst valve, which can produce the additional gas-conducting connection between the interior and the outer region of the housing once. The burst valve may be, for example, a membrane which is preferably loadable up to a critical gas pressure, for example between 7 and 10 bar, above which a permanent destruction or at least damage to the housing may occur. This allows the third valve device reliably and automatically trigger.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Ventileinrichtung räumlich zwischen einem positiven elektrischen Anschluss und einem negativen elektrischen Anschluss auf einer Außenseite des Gehäuses angeordnet. Dadurch bleiben die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Ventileinrichtung gut zugänglich, auch wenn mehrere Energiespeicher, etwa mehrere Energiespeicherzellen, zu einem Modul in Serie geschaltet bzw. gestapelt werden.In a further preferred embodiment, the first and / or the second and / or the third valve device is arranged spatially between a positive electrical connection and a negative electrical connection on an outer side of the housing. As a result, the first and / or the second and / or the third valve device remain easily accessible, even if a plurality of energy stores, for example a plurality of energy storage cells, are connected or stacked in series to form a module.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem elektrochemischen Energiespeicher nach dem ersten Aspekt der Erfindung.A second aspect of the invention relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, with an electrochemical energy store according to the first aspect of the invention.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wartung eines elektrochemischen Energiespeichers nach dem ersten Aspekt der Erfindung mit den Schritten: (i) sensorisches Erfassen eines Füllstands einer Flüssigkeit im Innenraum des Gehäuses; (ii) Beaufschlagen der zweiten Ventileinrichtung aus dem Außenbereich des Gehäuses heraus mit dem Flüssigkeitsdruck, wenn der erfasste Füllstand einen vorgegebenen Füllstandsschwellenwert erreicht oder unterschreitet. Beispielsweise kann in einer Werkstatt überprüft werden, wie groß das verbliebene Volumen eines Elektrolyten im Gehäuse ist. Wird festgestellt, dass bereits ein Teil des Elektrolyten durch den Betrieb des Energiespeichers zersetzt wurde, d.h. das Flüssigkeitsvolumen unter einen zum optimalen Betrieb des Energiespeichers benötigten Flüssigkeitsvolumenschwellenwert gefallen ist, kann der Elektrolyt über die zweite Ventileinrichtung wieder nachgefüllt bzw. das Gehäuse wieder aufgefüllt werden. Dadurch kann eine ursprüngliche Lebensdauer des Energiespeichers, welche durch die bei der Produktion des Energiespeichers in das Gehäuse gefüllte Menge an Elektrolyt hinaus bestimmt ist, verlängert werden.A third aspect of the invention relates to a method of maintaining an electrochemical energy store according to the first aspect of the invention, comprising the steps of: (i) sensory detection of a level of a liquid in the interior of the housing; (ii) applying the fluid pressure to the second valve device from the exterior of the housing when the detected level reaches or falls below a predetermined level threshold. For example, it can be checked in a workshop, how large the remaining volume of an electrolyte in the housing. If it is determined that part of the electrolyte has already been decomposed by the operation of the energy store, i. the liquid volume has dropped below a liquid volume threshold required for optimum operation of the energy store, the electrolyte can be refilled via the second valve device or the housing can be replenished. As a result, an original life of the energy store, which is determined by the amount of electrolyte filled in the housing during the production of the energy store, can be extended.
Insbesondere kann der Füllstand der Flüssigkeit durch Wiegen des Energiespeichers ermittelt werden. Somit kann die zweite Ventileinrichtung aus dem Außenbereich des Gehäuses heraus mit dem Flüssigkeitsdruck beaufschlagt werden, wenn das Gewicht des Energiespeichers einen vorgegebenen Gewichtsschwellenwert erreicht oder unterschreitet. Dies ermöglicht eine Vereinfachung des Wartungsvorgangs.In particular, the level of the liquid can be determined by weighing the energy store. Thus, the second valve device can be acted upon from the outside of the housing with the fluid pressure when the weight of the energy storage reaches or falls below a predetermined weight threshold. This allows a simplification of the maintenance process.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest wo technisch sinnvoll, auch für den zweiten und dritten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.The features and advantages described in relation to the first aspect of the invention and its advantageous embodiment apply, at least where technically feasible, for the second and third aspects of the invention and its advantageous embodiment and vice versa.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, in denen durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers; und -
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Energiespeichers mit zu einem Modul gestapelten Energiespeicherzellen.
-
1 an embodiment of an inventive electrochemical energy storage device; and -
2 a further embodiment of an energy storage with stacked to a module energy storage cells.
Der Energiespeicher ist im gezeigten Beispiel als Energiespeicherzelle, etwa Lithium-lonen-Zelle, und das Gehäuse
Die Gehäusewände
Die beim Betrieb des Energiespeichers
Um ein unkontrolliertes Ansteigen des Gasdrucks, das letztlich zur Zerstörung oder zumindest Beschädigung des Energiespeichers
Die erste Ventileinrichtung
Die im fortlaufenden Betrieb des Energiespeichers
Um dem entgegenzuwirken, weist das Gehäuse
Analog zur ersten Ventileinrichtung
Über die zweite Ventileinrichtung
Vorzugsweise wird das Nachfüllen mit dem Elektrolyten
Dabei kann es vorgesehen sein, den Druck im Innenraum
Um die Sicherheit des Energiespeichers
Der vorgegebene Druckgradient kann dabei insbesondere null sein, so dass die dritte Ventileinrichtung
Die dritte Ventileinrichtung
Dabei weist jede der Energiespeicherzellen ein Gehäuse
Die erste, zweite und dritte Ventileinrichtung
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be understood that a large number of variations exist. It should also be understood that the described exemplary embodiments are nonlimiting examples only and are not intended to thereby limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with guidance for implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims deviated from, and its legal equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektrochemischer Energiespeicherelectrochemical energy storage
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- erste Ventileinrichtungfirst valve device
- 44
- zweite Ventileinrichtungsecond valve device
- 3a, 4a3a, 4a
- Verspannelementbracing
- 3b, 4b3b, 4b
- Verschlusselementclosure element
- 3c, 4c3c, 4c
- Ventilsitzvalve seat
- 55
- dritte Ventileinrichtungthird valve device
- 1010
- Innenbereichinterior
- 1111
- negative Elektrodenegative electrode
- 11 a11 a
- negativer elektrischer Anschlussnegative electrical connection
- 1212
- positive Elektrodepositive electrode
- 12a12a
- positiver elektrischer Anschlusspositive electrical connection
- 1313
- Elektrolytelectrolyte
- 13a13a
- Füllstandlevel
- 2020
- Außenbereichoutdoors
Claims (9)
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