DE102021132740A1

DE102021132740A1 - Battery storage with a filter device

Info

Publication number: DE102021132740A1
Application number: DE102021132740.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Adam; Sebastian Scharner; Roland Jung; Thomas Woehrle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Batteriespeicher (10) mit einem Speichergehäuse (12) und wenigstens einer Batteriezelle (30), die in einem Innenraum (28) des Speichergehäuses (12) angeordnet ist und einen Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid enthält. Der Batteriespeicher (10) eine Filtervorrichtung (26) zum Neutralisieren von gasförmigen Elektrolytbestandteilen auf Basis von Schwefeldioxid umfasst, wobei die Filtervorrichtung (26) mit dem Innenraum (28) des Speichergehäuses (12) strömungsmäßig verbunden ist.The invention relates to a battery store (10) with a storage housing (12) and at least one battery cell (30) which is arranged in an interior (28) of the storage housing (12) and contains an electrolyte based on sulfur dioxide. The battery storage (10) comprises a filter device (26) for neutralizing gaseous electrolyte components based on sulfur dioxide, the filter device (26) being fluidically connected to the interior (28) of the storage housing (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriespeicher mit einer Filtervorrichtung.The present invention relates to a battery storage device with a filter device.

Elektrochemische Zellen sind in vielen technischen Gebieten von großer Bedeutung. Beispielsweise werden elektrochemische Zellen häufig für mobile Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise für den Betrieb von Laptops, eBikes oder Mobiltelefonen. Ein Vorteil von elektrochemischen Zellen besteht darin, dass diese miteinander seriell bzw. parallel verschaltet werden können, um Batterien mit einer höheren Energie zu bilden. Derartige Batterien können in einem sogenannten Batteriespeicher zusammengefasst werden und sind unter anderem auch für Hochvoltanwendungen geeignet. Beispielsweise können Batteriespeicher den elektrischen Antrieb von Fahrzeugen ermöglichen oder als stationäre Energiespeicher genutzt werden.Electrochemical cells are of great importance in many technical fields. For example, electrochemical cells are often used for mobile applications, such as for operating laptops, eBikes or mobile phones. An advantage of electrochemical cells is that they can be connected in series or in parallel to form higher energy batteries. Batteries of this type can be combined in a so-called battery store and are also suitable for high-voltage applications, among other things. For example, battery storage can enable the electric drive of vehicles or be used as stationary energy storage.

Im Folgenden wird der Begriff „elektrochemische Zelle“ synonym für alle im Stand der Technik gebräuchlichen Bezeichnungen für wieder aufladbare galvanische Elemente verwendet, wie beispielsweise Zelle, Batterie, Batteriezelle, Akkumulator, Batterieakkumulator und Sekundärbatterie.In the following, the term “electrochemical cell” is used synonymously for all designations customary in the prior art for rechargeable galvanic elements, such as cell, battery, battery cell, accumulator, battery accumulator and secondary battery.

Eine elektrochemische Zelle ist in der Lage, beim Entladevorgang Elektronen für einen externen Stromkreis zur Verfügung zu stellen. Umgekehrt kann eine elektrochemische Zelle beim Ladevorgang mittels eines externen Stromkreises durch die Zufuhr von Elektronen geladen werden.An electrochemical cell is able to provide electrons for an external circuit during the discharge process. Conversely, an electrochemical cell can be charged during the charging process by means of an external circuit by supplying electrons.

Eine elektrochemische Zelle hat mindestens zwei verschiedene Elektroden, eine positive (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode). Beide Elektroden stehen in Kontakt mit einem Separator, der ein elektrischer Isolator ist. Als Stand der Technik kommt zum Beispiel ein poröser Polyolefin-Separator zum Einsatz, der mit einer flüssigen Elektrolytzusammensetzung getränkt ist. Der Separator trennt die beiden Elektroden räumlich voneinander und verbindet beide Elektroden ionenleitend miteinander.An electrochemical cell has at least two different electrodes, a positive (cathode) and a negative (anode) electrode. Both electrodes are in contact with a separator which is an electrical insulator. For example, as a prior art, a porous polyolefin separator impregnated with a liquid electrolyte composition is used. The separator spatially separates the two electrodes from one another and connects both electrodes to one another in an ion-conducting manner.

Die am gebräuchlichsten verwendete elektrochemische Zelle ist die Lithiumlonen-Zelle, auch Lithiumionen-Batterie genannt. Lithiumionen-Zellen aus dem Stand der Technik weisen typischerweise eine zusammengesetzte Anode auf, die sehr häufig aus einem kohlenstoffbasierten Anodenaktivmaterial besteht, typischerweise graphitischer Kohlenstoff, welches auf einer metallischen Kupferträgerfolie abgeschieden wird. In der Regel besteht die Komposit-Kathode aus einem positiven Kathodenaktivmaterial, beispielsweise einem Schichtoxid, einem Binder und einem elektrischen Leitfähigkeitsadditiv, welche z. Bsp. auf eine gewalzte Aluminium-Kollektor-Folie aufgetragen ist. beschichtet ist. Das Schichtoxid besteht sehr häufig aus LiCoO₂ oder LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂,The most commonly used electrochemical cell is the lithium ion cell, also called lithium ion battery. Prior art lithium ion cells typically have a composite anode, most often consisting of a carbon-based anode active material, typically graphitic carbon, deposited on a metallic copper support foil. In general, the composite cathode consists of a positive cathode active material, for example a layered oxide, a binder and an electrical conductivity additive, which z. Bsp. Is applied to a rolled aluminum collector foil. is coated. The layered oxide very often consists of LiCoO ₂ or LiNi _1/3 Mn _1/3 Co _1/3 O ₂ ,

Typischerweise weisen Lithiumionen-Batterien eine flüssige Elektrolytzusammensetzung auf, die beim Lade- und Entladevorgang den Ladungsausgleich zwischen der Kathode und der Anode gewährleistet. Der dazu nötige Stromfluss wird durch den Ionentransport eines Leitsalzes in der Elektrolytzusammensetzung erreicht. Bei Lithiumionen-Zellen ist das Leitsalz ein Lithium-Leitsalz, (beispielsweise LiPF₆, LiBF₄) und Lithiumionen dienen als den Strom transportierende Ionen.Typically, lithium-ion batteries have a liquid electrolyte composition that ensures charge balance between the cathode and the anode during charging and discharging. The flow of current required for this is achieved by the ion transport of a conductive salt in the electrolyte composition. In the case of lithium-ion cells, the conductive salt is a lithium conductive salt (for example LiPF ₆ , LiBF ₄ ) and lithium ions serve as the ions that transport the current.

Neben dem Lithium-Leitsalz enthalten Elektrolytzusammensetzungen ein Lösungsmittel, welches eine Dissoziation des Leitsalzes sowie eine ausreichende Mobilität der Lithiumionen ermöglicht. Aus dem Stand der Technik sind flüssige organische Lösungsmittel bekannt, die aus einer Auswahl von linearen und zyklischen Dialkylcarbonaten bestehen. In der Regel werden Mischungen von Ethylencarbonat (EC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Propylencarbonat (PC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) verwendet. Die hier genannten Lösungsmittel weisen jeweils einen spezifischen Stabilitätsbereich auf, in welchem diese stabil unter einer gegebenen Zellspannung arbeiten. Dieser Bereich ist auch als Spannungsfenster bekannt. Im Spannungsfenster kann die elektrochemische Zelle während des Betriebs stabil laufen. Bei einer Annäherung an die Grenzen des Spannungsfensters findet eine elektrochemische Oxidation oder Reduktion der Bestandteile der Elektrolytzusammensetzung statt. Man ist daher bestrebt, Elektrolyten zu verwenden, die eine höhere Stabilität gegenüber verschiedenen Zellspannungen aufweisen.In addition to the lithium conductive salt, electrolyte compositions contain a solvent which enables dissociation of the conductive salt and sufficient mobility of the lithium ions. Liquid organic solvents are known in the art and consist of a variety of linear and cyclic dialkyl carbonates. Typically, mixtures of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), and ethyl methyl carbonate (EMC) are used. The solvents mentioned here each have a specific stability range in which they work stably under a given cell voltage. This area is also known as the stress window. In the voltage window, the electrochemical cell can run stably during operation. When the limits of the voltage window are approached, electrochemical oxidation or reduction of the components of the electrolyte composition takes place. Efforts are therefore being made to use electrolytes which have greater stability with respect to different cell voltages.

Eine Weiterentwicklung von Lithiumionen-Batterien mit einem organischen Elektrolyten stellen daher Lithiumionen-Batterien mit einem anorganischen Elektrolyten auf Basis des Lösemittels Schwefeldioxid dar. Im Stand der Technik sind verschiedene Ansätze für stabile Elektrolytzusammensetzungen auf Basis von Schwefeldioxid bekannt. Schwefeldioxid basierte Elektrolytzusammensetzungen weisen insbesondere eine erhöhte lonenleitfähigkeit auf und ermöglichen somit den Betrieb von Batteriezellen bei hohen Entladeströmen, ohne die Stabilität der Zellen negativ zu beeinträchtigen. Des Weiteren eignen sich bestimmte Elektrolytzusammensetzungen auf Basis von Schwefeldioxid wegen ihrer erhöhten oberen Spannungsgrenze dazu Zellen mit besonders hoher Energiedichte zu realisieren.Lithium-ion batteries with an inorganic electrolyte based on the solvent sulfur dioxide therefore represent a further development of lithium-ion batteries with an organic electrolyte. Various approaches for stable electrolyte compositions based on sulfur dioxide are known in the prior art. Electrolyte compositions based on sulfur dioxide have, in particular, increased ionic conductivity and thus enable battery cells to be operated at high discharge currents without adversely affecting the stability of the cells. Furthermore, certain electrolyte compositions based on sulfur dioxide are suitable for realizing cells with a particularly high energy density because of their increased upper voltage limit.

Die EP 1 201 004 B1 offenbart eine wieder aufladbare elektrochemische Zelle mit einem auf Schwefeldioxid basierenden Elektrolyten. Schwefeldioxid ist hierbei nicht als Zusatzstoff zugesetzt, sondern stellt den Hauptbestandteil als Lösemittel für das Leitsalz der Elektrolytzusammensetzung dar. Daher soll es zumindest teilweise die Mobilität der Ionen des Leitsalzes gewährleisteten, welche den Ladungsstransport zwischen den Elektroden bewirken. In den vorgeschlagenen Zellen wird Lithiumtetrachloroaluminat (LiAlCl₄) als lithiumhaltiges Leitsalz in Kombination mit einem Kathodenaktivmaterial aus einem Übergangs-Metalloxid verwendet, insbesondere einer Interkalationsverbindung wie beispielsweise Lithiumkobaltoxid (LiCoO₂). Durch die Zugabe eines Salzzusatzes, beispielsweise eines Alkalihalogenids wie Lithiumfluorid, Natriumchlorid oder Lithiumchlorid, zur schwefeldioxidhaltigen Elektrolytzusammensetzung wurden funktionierende und wieder aufladbare Zellen erhalten.The EP 1 201 004 B1 discloses a rechargeable electrochemical cell having a sulfur dioxide based electrolyte. Sulfur dioxide is not added as an additive here, son dern represents the main component as a solvent for the conductive salt of the electrolyte composition. It should therefore at least partially ensure the mobility of the ions of the conductive salt, which bring about the charge transport between the electrodes. In the proposed cells, lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl ₄ ) is used as a lithium-containing conductive salt in combination with a cathode active material made of a transition metal oxide, in particular an intercalation compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO ₂ ). Functional and rechargeable cells have been obtained by adding a salt additive, for example an alkali metal halide such as lithium fluoride, sodium chloride or lithium chloride, to the electrolyte composition containing sulfur dioxide.

Die EP 2534719 B1 beschreibt eine wieder aufladbare Lithium-Batteriezelle mit einem auf Schwefeldioxid basierenden Elektrolyten in Kombination mit Lithiumeisenphosphat (LFP) als Kathodenaktivmaterial. Als bevorzugtes Leitsalz wurde Lithiumtetrachloroaluminat (LiAlCl₄) in der Elektrolytzusammensetzung verwendetet. In Versuchen mit Zellen auf Grundlage dieser Komponenten konnte eine hohe elektrochemische Beständigkeit der Zellen nachgewiesen werden.The EP 2534719 B1 describes a rechargeable lithium battery cell with a sulfur dioxide-based electrolyte in combination with lithium iron phosphate (LFP) as the cathode active material. Lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl ₄ ) was used as the preferred conductive salt in the electrolyte composition. In experiments with cells based on these components, a high electrochemical resistance of the cells could be demonstrated.

Die WO 2015/043573 A2 beschreibt eine wieder aufladbare elektrochemische Batteriezelle mit einem Gehäuse, einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem Elektrolyt, der Schwefeldioxid und ein Leitsalz enthält, wobei mindestens eine der Elektroden einen Binder enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Binder A, welcher aus einem Polymer besteht, das aus monomeren Struktureinheiten einer konjugierten Carbonsäure oder aus dem Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumsalz dieser konjugierten Carbonsäure oder aus seiner Kombination daraus aufgebaut ist, und Binder B, welcher aus einem Polymer besteht, das auf monomeren Styrol- und Butadien-Struktureinheiten basiert oder einer Mischung aus Binder A und B.The WO 2015/043573 A2 describes a rechargeable electrochemical battery cell having a housing, a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte containing sulfur dioxide and a conductive salt, wherein at least one of the electrodes contains a binder selected from the group consisting of binder A, which consists of a polymer consists of monomeric structural units of a conjugated carboxylic acid or of the alkali metal, alkaline earth metal or ammonium salt of this conjugated carboxylic acid or of a combination thereof, and binder B, which consists of a polymer based on monomeric styrene and butadiene structural units or a mixture of binders A and B.

In der WO 2021/019042 A1 werden wieder aufladbare Batteriezellen mit einem aktiven Metall, einem Schichtoxid als Kathodenaktivmaterial und einem schwefeldioxidhaltigen Elektrolyten beschrieben. Aufgrund der schlechten Löslichkeit vieler gängiger Lithium-Leitsalze in Schwefeldioxid wurde in den Zellen ein Leitsalz der Formel M⁺[Z(OR)₄]^- verwendet, worin M ein Metall darstellt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetall, Erdalkalimetall und einem Metall der 12. Gruppe des Periodensystems, und R ein Kohlenwasserstoffrest ist. Die Alkoxygruppen -OR sind jeweils einbindig an das Zentralatom gebunden, welches Aluminium oder Bor sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Zellen ein perfluoriertes Leitsalz der Formel Li⁺[Al(OC(CF₃)₃)₄]-. Zellen bestehend aus den beschriebenen Komponenten zeigen in experimentellen Studien eine stabile elektrochemische Leistung. Zudem weisen die Leitsalze, insbesondere das perfluorierte Anion, eine überraschende Hydrolysestabilität auf. Ferner sollen die Elektrolyte bis zu einem oberen Potential von 5,0 V oxidationsstabil sein. Es wurde weiter gezeigt, dass Zellen mit den offenbarten Elektrolyten bei tiefen Temperaturen von bis zu -41°C entladen bzw. geladen werden können.In the WO 2021/019042 A1 describes rechargeable battery cells with an active metal, a layered oxide as cathode active material and an electrolyte containing sulfur dioxide. Due to the poor solubility of many common lithium conductive salts in sulfur dioxide, a conductive salt of the formula M ⁺ [Z(OR) ₄ ] ^- was used in the cells, where M represents a metal selected from the group consisting of alkali metal, alkaline earth metal and a metal of group 12 of the periodic table, and R is a hydrocarbyl radical. The alkoxy groups -OR are each monovalently bonded to the central atom, which can be aluminum or boron. In a preferred embodiment, the cells contain a perfluorinated conductive salt of the formula Li ⁺ [Al(OC(CF ₃ ) ₃ ) ₄ ]-. Cells consisting of the described components show a stable electrochemical performance in experimental studies. In addition, the conductive salts, in particular the perfluorinated anion, have a surprising hydrolytic stability. Furthermore, the electrolytes should be oxidation-stable up to an upper potential of 5.0 V. It was further shown that cells with the disclosed electrolytes can be discharged or charged at low temperatures of down to -41°C.

Ferner offenbart die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2021 118 811.3 eine flüssige Elektrolytzusammensetzung auf Basis von Schwefeldioxid für eine elektrochemische Zelle. Die Elektrolytzusammensetzung umfasst die folgenden Komponenten: A) Schwefeldioxid; B) mindestens ein Salz, wobei das Salz einen anionischen Komplex mit mindestens einem zweizähnigen Liganden enthält. Das Gegenion des anionischen Komplexes ist ein Metallkation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Metallen der 12. Gruppe des Periodensystems. Das Zentralion Z des Komplexes ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Bor. Der zweizähnige Ligand bildet mit dem Zentralion Z und mit zwei an dem Zentralion Z und an den Brückenrest gebundenen Sauerstoffatomen einen Ring aus, wobei der Ring eine durchgehende Sequenz von 2 bis 5 Kohlenstoffatomen enthält. Darüber hinaus wurde eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Lithiumionen-Zelle, mit der oben genannten Elektrolytzusammensetzung vorgeschlagen.Furthermore, the unpublished German patent application no. 10 2021 118 811.3 discloses a sulfur dioxide based liquid electrolyte composition for an electrochemical cell. The electrolyte composition includes the following components: A) sulfur dioxide; B) at least one salt, the salt containing an anionic complex with at least one bidentate ligand. The counter ion of the anionic complex is a metal cation selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and metals of group 12 of the periodic table. The central ion Z of the complex is selected from the group consisting of aluminum and boron. The bidentate ligand forms a ring with the central ion Z and with two oxygen atoms bonded to the central ion Z and to the bridging moiety, the ring having a continuous sequence of 2 to contains 5 carbon atoms. In addition, an electrochemical cell, particularly a lithium ion cell, having the above electrolyte composition has been proposed.

Darüber hinaus sind Zellen mit einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid aus der EP 3 703 161 A1 , EP 2 227 838 B1 , EP 2 742 551 B1 , EP 3 771 011 A2 , WO 2005 / 031908 A2 und WO 2014 / 121803 A1 bekannt, auf die hier Bezug genommen wird.In addition, cells with an electrolyte based on sulfur dioxide from the EP 3 703 161 A1 , EP 2 227 838 B1 , EP 2 742 551 B1 , EP 3 771 011 A2 , WO 2005/031908 A2 and WO 2014 / 121803 A1 known, to which reference is made here.

Im Falle eines mechanischen, elektrischen oder thermischen Defekts der Batteriezellen, insbesondere von Lithiumionen-Zellen mit einer Elektrolytzusammensetzung auf Basis von Schwefeldioxid, kann es zu einer Zellöffnung und damit zur Freisetzung von Elektrolytbestandteilen aus der Zelle kommen, insbesondere von gasförmigen Elektrolytbestandteilen wie Schwefeldioxid.In the event of a mechanical, electrical or thermal defect in the battery cells, in particular lithium-ion cells with an electrolyte composition based on sulfur dioxide, the cell may open and electrolyte components may be released from the cell, in particular gaseous electrolyte components such as sulfur dioxide.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Beschädigung einer Batteriezelle mit einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid, einen Übertritt des Elektrolyten in die Umgebung zu verhindern.The invention is based on the object, in the event of such damage to a battery cell with an electrolyte based on sulfur dioxide, to prevent the electrolyte from escaping into the environment.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Bereitstellen eines Batteriespeichers mit wenigstens einer Batteriezelle und einer Filtervorrichtung nach Anspruch 1.The object is achieved according to the invention by providing a battery storage device at least one battery cell and a filter device according to claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Batteriespeichers sind in den Unteransprüchen gegeben, die wahlweise kombiniert werden können.Advantageous embodiments of the battery storage according to the invention are given in the dependent claims, which can be combined as desired.

Erfindungsgemäß umfasst der Batteriespeicher ein Speichergehäuse und wenigstens eine Batteriezelle, die in einem Innenraum des Speichergehäuses angeordnet ist und einen Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid enthält, wobei der Batteriespeicher eine Filtervorrichtung zum Neutralisieren von gasförmigen Elektrolytbestandteilen auf Basis von Schwefeldioxid umfasst, und wobei die Filtervorrichtung strömungsmäßig mit dem Innenraum des Speichergehäuses verbunden ist.According to the invention, the battery storage comprises a storage housing and at least one battery cell, which is arranged in an interior of the storage housing and contains an electrolyte based on sulfur dioxide, wherein the battery storage comprises a filter device for neutralizing gaseous electrolyte components based on sulfur dioxide, and wherein the filter device is connected in terms of flow with is connected to the interior of the storage housing.

Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid neigen beim Austreten aus einer Batteriezelle zur Bildung von gasförmigen Elektrolytbestandteilen.Electrolytes based on sulfur dioxide tend to form gaseous electrolyte components when escaping from a battery cell.

Die Erfindung beruht daher auf dem Grundgedanken, einen Batteriespeicher mit einer Filtervorrichtung bereitzustellen, welche die gasförmigen Elektrolytbestandteile in der Atmosphäre des Speichergehäuses neutralisiert bzw. bindet. Dazu weist der Batteriespeicher als Sicherheitsvorrichtung eine Filtervorrichtung auf, die gasförmige Elektrolytbestandteile auf Basis von Schwefeldioxid aus der Atmosphäre des Speichergehäuses filtert und damit den ausgetretenen Elektrolyten neutralisiert.The invention is therefore based on the basic idea of providing a battery store with a filter device which neutralizes or binds the gaseous electrolyte components in the atmosphere of the store housing. For this purpose, the battery storage device has a filter device as a safety device, which filters gaseous electrolyte components based on sulfur dioxide from the atmosphere of the storage device housing and thus neutralizes the electrolyte that has escaped.

Der vorgeschlagene Batteriespeicher mit der Filtervorrichtung weist den Vorteil auf, dass dieser unabhängig von elektronischen Systemen, insbesondere von Sensoren, arbeitet. Kommt es durch einen mechanischen, thermischen oder elektrischen Defekt einer Batteriezelle zu einer Zellöffnung und dem Austritt eines Elektrolyten aus der Batteriezelle, so kann der Elektrolyt durch die Filtervorrichtung ohne zusätzlichen Eingriff von Außerhalb neutralisiert werden. Folglich handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Batteriespeicher mit der Filtervorrichtung um ein passives Sicherheitssystem.The proposed battery storage device with the filter device has the advantage that it works independently of electronic systems, in particular sensors. If a mechanical, thermal or electrical defect in a battery cell results in a cell opening and an electrolyte escaping from the battery cell, the electrolyte can be neutralized by the filter device without additional external intervention. Consequently, the battery store according to the invention with the filter device is a passive safety system.

Erfindungsgemäß umfasst der Batteriespeicher ein Speichergehäuse, in dessen Innenraum wenigstens eine Batteriezelle angeordnet ist, bevorzugt mehreren Batteriezellen. Die Batteriezellen können in dem Speichergehäuse miteinander verschaltet sein, um eine höhere Energie bereitzustellen. Das Speichergehäuse ist bevorzugt gasdicht ausgebildet.According to the invention, the battery storage comprises a storage housing, in the interior of which at least one battery cell is arranged, preferably a plurality of battery cells. The battery cells can be connected to one another in the storage housing in order to provide higher energy. The accumulator housing is preferably designed to be gas-tight.

Der Batteriespeicher kann für mobile oder stationäre Anwendungen genutzt werden.The battery storage can be used for mobile or stationary applications.

Der vorgeschlagene Batteriespeicher ist vorzugsweise in einem Fahrzeug angeordnet und dient dem elektrischen Antrieb desselben. Selbstverständlich können auch mehrere Batteriespeicher in einem solchen Fahrzeug angeordnet sein. Der erfindungsgemäße Batteriespeicher ist nicht auf mobile Anwendungen wie Fahrzeuge beschränkt und kann auch für den stationären Betrieb genutzt werden. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Batteriespeicher zum Speichern von Energie aus Solaranlagen und Windparks verwendet werden.The proposed battery storage is preferably arranged in a vehicle and is used to drive the vehicle electrically. Of course, several battery storage devices can also be arranged in such a vehicle. The battery storage according to the invention is not limited to mobile applications such as vehicles and can also be used for stationary operation. For example, the battery store according to the invention can be used to store energy from solar systems and wind farms.

Unter Batteriezelle wird eine elektrochemische Zelle mit einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid verstanden. Vorzugsweise ist die Batteriezelle eine Lithiumionen-Zelle.Battery cell means an electrochemical cell with an electrolyte based on sulfur dioxide. The battery cell is preferably a lithium-ion cell.

Die Erfindung ist in Bezug auf die Elektrolytzusammensetzung auf Basis von Schwefeldioxid nicht weiter eingeschränkt. Es können daher alle im Stand der Technik üblichen Elektrolytzusammensetzungen auf Basis von Schwefeldioxid verwendet werden.The invention is not further limited with respect to the sulfur dioxide-based electrolyte composition. It is therefore possible to use all of the electrolyte compositions based on sulfur dioxide that are customary in the prior art.

Insbesondere wird unter einem Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid eine flüssige Elektrolytzusammensetzung verstanden, die als Bestandteil Schwefeldioxid enthält. Das Schwefeldioxid kann in der Elektrolytzusammensetzung flüssig, gasförmig oder gebunden in einem Komplex vorliegen.In particular, an electrolyte based on sulfur dioxide is understood as meaning a liquid electrolyte composition which contains sulfur dioxide as a component. The sulfur dioxide can be present in the electrolyte composition in liquid, gaseous or bound form in a complex.

Geeignete Beispiele für derartige Elektrolytzusammensetzungen sind aus der EP 1 201 004 B1 , EP 2534719 B1 , WO 2015/043573 A2 , WO 2021/019042 A1 , EP 3 703 161 A1 , EP 2 227 838 B1 , EP 2 742 551 B1 , EP 3 771 011 A2 , WO 2005 / 031908 A2 und WO 2014 / 121803 A1 sowie aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2021 118 811.3 bekannt, auf die hier Bezug genommen wird.Suitable examples of such electrolyte compositions are from EP 1 201 004 B1 , EP 2534719 B1 , WO 2015/043573 A2 , WO 2021/019042 A1 , EP 3 703 161 A1 , EP 2 227 838 B1 , EP 2 742 551 B1 , EP 3 771 011 A2 , WO 2005/031908 A2 and WO 2014 / 121803 A1 and from the unpublished German patent application no. 10 2021 118 811.3 known, to which reference is made here.

Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Filtervorrichtung in dem Innenraum des Speichergehäuses angeordnet ist. Somit befindet sich die Filtervorrichtung in unmittelbarer Nähe zu den Batteriezellen. Ein austretender Elektrolyt befindet sich somit ebenfalls in unmittelbarer Nähe zu der Filtervorrichtung, sodass eine Neutralisation bzw. Binden des Elektrolyten ohne Zeitverlust stattfinden kann.One aspect of the invention provides that the filter device is arranged in the interior of the storage housing. Thus, the filter device is in close proximity to the battery cells. A leaking electrolyte is thus also in the immediate vicinity of the filter device, so that the electrolyte can be neutralized or bound without any loss of time.

Zudem findet die Neutralisation des Elektrolyten bereits im Speichergehäuse des Batteriespeichers statt, sodass auf einfache Weise ein Übertritt des austretenden Elektrolyten in die Umgebung verhindert werden kann. Darüber hinaus stellt das Speichergehäuse eine räumlich begrenzte Reaktionskammer bereit, in der unter kontrollierten Bedingungen die Neutralisation durchgeführt werden kann.In addition, the neutralization of the electrolyte already takes place in the storage housing of the battery storage device, so that it is easy to prevent the escaping electrolyte from escaping into the environment. In addition, the storage housing provides a spatially limited reaction chamber in which the neutralization can be carried out under controlled conditions.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Filtervorrichtung außerhalb des Speichergehäuses angeordnet. Dadurch kann der Platz im Innenraum des Speichergehäuses effizienter genutzt werden. Beispielsweise kann der Platz für andere Vorrichtungen freigehalten oder der Batteriespeicher kann kompakter ausgelegt werden.In a further embodiment of the invention, the filter device is arranged outside of the storage housing. As a result, the space inside the storage housing can be used more efficiently. For example, the space can be kept free for other devices or the battery storage can be made more compact.

In einer Ausgestaltung der Erfindung, weist die Filtervorrichtung wenigstens einen Adsorptionsbehälter mit einem gasdurchlässigen Abschnitt und einer Filterkammer auf, wobei die Filterkammer wenigstens einen Filter umfasst. Der gasdurchlässige Abschnitt ist mit der Filterkammer strömungsmäßig verbunden.In one embodiment of the invention, the filter device has at least one adsorption container with a gas-permeable section and a filter chamber, the filter chamber comprising at least one filter. The gas-permeable section is in fluid communication with the filter chamber.

In Bezug auf den Adsorptionsbehälter ist die Erfindung nicht weiter eingeschränkt. Prinzipiell können alle im Stand der Technik üblichen Adsorptionsbehälter verwendet werden, unter der Vorrausetzung, dass diese einen Filter bevorraten können und einen freien Gasaustausch mit dem Innenraum des Speichergehäuses erlauben.With regard to the adsorption container, the invention is not further restricted. In principle, all adsorption containers that are customary in the prior art can be used, provided that they can store a filter and allow free gas exchange with the interior of the storage housing.

Der Adsorptionsbehälter erlaubt eine einfache und sichere Aufbewahrung des Filters. Zudem kann der Filter räumlich getrennt von den im Innenraum des Speichergehäuses angeordneten Batteriezellen aufbewahrt werden.The adsorption container allows easy and safe storage of the filter. In addition, the filter can be stored separately from the battery cells arranged in the interior of the storage housing.

Bezüglich der Ausgestaltung und der Anordnung des gasdurchlässigen Abschnitts, ist die Erfindung nicht weiter eingeschränkt. Es kann lediglich ein Bereich des Adsorptionsbehälters einen gasdurchlässigen Abschnitt aufweisen, allerdings ist es auch denkbar, dass der gesamte Adsorptionsbehälter gasdurchlässig gestaltet ist. Beispielsweise kann der Adsorptionsbehälter vollständig aus einer gasdurchlässigen Membran gefertigt sein. Auch können mehrere gasdurchlässige Abschnitte vorhanden sein.With regard to the design and the arrangement of the gas-permeable section, the invention is not further restricted. Only one area of the adsorption container can have a gas-permeable section, but it is also conceivable for the entire adsorption container to be gas-permeable. For example, the adsorption container can be made entirely of a gas-permeable membrane. There can also be several gas-permeable sections.

In einer Variante der Erfindung ist der Adsorptionsbehälter aus einem gasundurchlässigen Werkstoff gefertigt. In dieser Variante ist der gasdurchlässige Abschnitt als eine von einem gasdurchlässigen Vorfilter verschlossene Eintrittsöffnung ausgeführt. Der Vorfilter kann beispielsweise eine gasdurchlässige Membran, eine poröses Material oder ein Sieb sein.In a variant of the invention, the adsorption container is made of a gas-impermeable material. In this variant, the gas-permeable section is designed as an inlet opening closed by a gas-permeable pre-filter. The pre-filter can be, for example, a gas-permeable membrane, a porous material or a screen.

Der gasdurchlässige Abschnitt ist mit der Filterkammer strömungsmäßig verbunden und erlaubt einen freien Gasaustausch zwischen dem Innenraum des Speichergehäuses und der Filterkammer der Filtervorrichtung. Gleichzeitig dient der gasdurchlässige Abschnitt der räumlichen Separation der Filterkammer und des Innenraums. Auf diese Weise können gasförmige Elektrolytbestandteile auf einfache Weise in direkten Kontakt mit dem Filter gelangen. Auf den Einsatz von Pumpen oder anderen Umwälzanlagen kann daher verzichtet werden.The gas-permeable section is fluidically connected to the filter chamber and allows free gas exchange between the interior of the storage housing and the filter chamber of the filter device. At the same time, the gas-permeable section serves to spatially separate the filter chamber and the interior. In this way, gaseous electrolyte components can easily come into direct contact with the filter. The use of pumps or other circulation systems can therefore be dispensed with.

Der Filter kann ein Adsorptionsmittel umfassen. Die Erfindung ist in Bezug auf das Adsorptionsmittel nicht weiter eingeschränkt. Prinzipiell können alle im Stand der Technik vorhandenen Adsorptionsmittel verwendet werden, die dazu geeignet sind gasförmige Elektrolytbestandteile auf Basis von Schwefeldioxid zu neutralisieren.The filter may include an adsorbent. The invention is not further limited with respect to the adsorbent. In principle, all adsorbents available in the prior art that are suitable for neutralizing gaseous electrolyte components based on sulfur dioxide can be used.

Bevorzugt ist das Adsorptionsmittel ein festes Adsorptionsmittel, weiter bevorzugt ein festes poröses Adsorptionsmittel. Besonders bevorzugt ist das Adsorptionsmittel eine Base.Preferably the adsorbent is a solid adsorbent, more preferably a solid porous adsorbent. The adsorbent is particularly preferably a base.

Besonders bevorzugt ist das Adsorptionsmittel ausgewählt aus der Gruppe der Hydroxide, Carbonate, Oxide, Zeolithe und Kieselgele sowie Kombinationen davon.The adsorbent is particularly preferably selected from the group consisting of hydroxides, carbonates, oxides, zeolites and silica gels and combinations thereof.

Als Hydroxide werden insbesondere Metallhydroxide eingesetzt, vorzugsweise Alkali- und Erdalkalimetallhydroxide. Beispiele für Hydroxide umfassen insbesondere Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid, Bariumhydroxid, Strontiumhydroxid und Zinkhydroxid sowie Kombinationen davon.In particular, metal hydroxides are used as hydroxides, preferably alkali and alkaline earth metal hydroxides. Examples of hydroxides include, but are not limited to, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, strontium hydroxide, and zinc hydroxide, and combinations thereof.

Als Carbonate werden insbesondere Metallcarbonate eingesetzt, vorzugsweise Alkali- und Erdalkalimetallcarbonate. Geeignete Beispiele für Carbonate sind Bariumcarbonat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat und Zinkcarbonat sowie Kombinationen davon.In particular, metal carbonates are used as carbonates, preferably alkali metal and alkaline earth metal carbonates. Suitable examples of carbonates are barium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, potassium carbonate, sodium carbonate and zinc carbonate and combinations thereof.

Als Oxide können insbesondere Metalloxide verwendet werden, vorzugsweise Alkali- und Erdalkalimetalloxide. Geeignete Beispiele für Oxide umfassen Lithiumoxid, Natriumoxid, Kaliumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid und Bariumoxid sowie Kombinationen davon.Metal oxides in particular can be used as oxides, preferably alkali and alkaline earth metal oxides. Suitable examples of oxides include lithium oxide, sodium oxide, potassium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide and barium oxide, and combinations thereof.

Der Vorteil der vorgeschlagenen Adsorptionsmittel besteht darin, dass diese nicht toxisch, kostengünstig und beliebig verfügbar sind. Zudem sind die vorgeschlagenen Adsorptionsmittel Basen und können insbesondere mit dem Schwefeldioxid des Elektrolyten in einer Säure-Base-Neutralisation reagieren.The advantage of the proposed adsorbents is that they are non-toxic, inexpensive and freely available. In addition, the proposed adsorbents are bases and can react in particular with the sulfur dioxide of the electrolyte in an acid-base neutralization.

Die Adsorptionsmittel liegen bevorzugt als granulare Medien vor. Mit anderen Worten kann das Adsorptionsmittel als granulare Partikel vorliegen. Dabei ist es denkbar, dass das Adsorptionsmittel als Schüttung der Partikel vorliegt oder die Partikel zu einem Pellet gepresst sind.The adsorbents are preferably in the form of granular media. In other words, the adsorbent can be present as granular particles. It is conceivable that the adsorbent is present as a bed of particles or the particles are pressed into a pellet.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Oberfläche der Adsorptionsmittel mindestens 1 m²/g, bevorzugt 10 - 200 m²/g, besonders bevorzugt 20 - 70 m²/g.In a further aspect of the invention, the surface area of the adsorbent is at least 1 m ² /g, preferably 10-200 m ² /g, particularly preferably 20-70 m ² /g.

Eine vergrößerte Oberfläche ermöglicht eine größere Kontaktfläche zum Elektrolyten. Somit kann der Elektrolyt effizienter neutralisiert bzw. gebunden werden.An increased surface allows a larger contact area to the electrolyte. Thus, the electrolyte can be neutralized or bound more efficiently.

Der Filter kann ferner wenigstens einen weiteren Zusatzstoff umfassen. Beispiele für geeignete Zusatzstoffe sind Aktivkohle, Molekularsieb, Polymer, Keramik, Katalysator und Erdalkalimetallchlorid sowie Kombinationen davon.The filter can also include at least one other additive. Examples of suitable additives are activated carbon, molecular sieve, polymer, ceramic, catalyst, and alkaline earth metal chloride, and combinations thereof.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die relative Feuchte des Filters eingestellt werden. Dabei liegt die relative Feuchte vorzugsweise in einem Bereich von 10 - 70 %, weiter bevorzugt 20 - 60 %.In another embodiment of the invention, the relative humidity of the filter can be adjusted. The relative humidity is preferably in a range of 10-70%, more preferably 20-60%.

Die relative Feuchte des Filters kann auch über die Zugabe von Kalziumchlorid gesteuert werden. Eine Zugabe von Kalziumchlorid erhöht den Feuchtigkeitsgehalt innerhalb der Filterkammer. Es können aber auch andere hygroskopische Salze eingesetzt werden, um die relative Luftfeuchtigkeit zu beeinflussen.The relative humidity of the filter can also be controlled by adding calcium chloride. An addition of calcium chloride increases the moisture content within the filter chamber. However, other hygroscopic salts can also be used to influence the relative humidity.

Feuchtigkeit begünstigt die Bildung einer Hydrathülle um die Partikel der Adsorptionsmittel, wodurch der Kontakt zum gasförmigen Elektrolyten verbessert wird. Damit wird die Adsorption von gasförmigen Elektrolytbestandteilen an das Adsorptionsmittel verbessert. Als Folge kann eine schnellere Neutralisation zwischen dem gasförmigen Schwefeldioxid und dem Adsorptionsmittel stattfinden.Moisture promotes the formation of a hydration shell around the adsorbent particles, which improves contact with the gaseous electrolyte. This improves the adsorption of gaseous electrolyte components on the adsorbent. As a result, faster neutralization can take place between the gaseous sulfur dioxide and the adsorbent.

Im Allgemeinen dient die Filtervorrichtung, insbesondere der Filter mit dem Adsorptionsmittel, der Neutralisation der gasförmigen Elektrolytbestandteile im Falle einer Zellöffnung. Hierbei werden gasförmige Elektrolytbestandteile wie beispielsweise Schwefeldioxid in der Filtervorrichtung durch das Adsorptionsmittel chemisch gebunden. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als Chemiesorption und ist beispielsweise aus der Schadstoffabscheidung mit Kalk bekannt. Das gasförmige Schwefeldioxid kann bei Kontakt mit dem festen Adsorptionsmittel in beständigere chemische Verbindungen überführt werden, wie bspw. Sulfite, Sulfate oder Hydrogensulfite.In general, the filter device, in particular the filter with the adsorbent, serves to neutralize the gaseous electrolyte components in the event of a cell opening. Here, gaseous electrolyte components such as sulfur dioxide are chemically bound in the filter device by the adsorbent. This process is also known as chemisorption and is known, for example, from the separation of pollutants with lime. Upon contact with the solid adsorbent, the gaseous sulfur dioxide can be converted into more stable chemical compounds, such as sulfites, sulfates or bisulfites.

Beispielsweise kann bei der Verwendung von Kalkhydrat als Adsorptionsmittel, Schwefeldioxid in Kalziumsulfit überführt werden.For example, when using hydrated lime as an adsorbent, sulfur dioxide can be converted into calcium sulfite.

Ferner kann das Speichergehäuse eine von einem Sicherheitsverschluss verschlossene Ausströmöffnung aufweisen, wobei der Sicherheitsverschluss bei Erreichen eines vorbestimmten Überdrucks die Ausströmöffnung freigibt.Furthermore, the accumulator housing can have an outflow opening which is closed by a safety closure, the safety closure releasing the outflow opening when a predetermined overpressure is reached.

Der Sicherheitsverschluss kann als Berstscheibe, Berstmembran oder als Überdruckventil ausgebildet sein.The safety seal can be designed as a bursting disc, bursting membrane or pressure relief valve.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Filtervorrichtung mit der Ausströmöffnung strömungsmäßig gekoppelt.In a preferred embodiment, the filter device is fluidly coupled to the outflow opening.

Bei einem Austritt eines Elektrolyten aus einer Zelle findet üblicherweise eine Druckerhöhung innerhalb des Speichergehäuses aufgrund der Freisetzung von gasförmigen Elektrolytbestandteilen statt. Folglich steigt auch der Druck gegenüber dem Sicherheitsverschluss des Speichergehäuses. Bei Erreichen eines bestimmten Drucks kann der Sicherheitsverschluss die Ausströmöffnung freigeben, worauf der Überdruck in die Umgebung abgelassen wird. Da die Filtervorrichtung mit der Ausströmöffnung strömungsmäßig gekoppelt ist, gelangen die Elektrolytbestandteile zwangsläufig mit dem Filter der Filtervorrichtung in Kontakt, bevor die Atmosphäre des Batteriespeichers in die Umgebung eintreten kann. Das in Kontakt bringen der gasförmigen Elektrolytbestandteile auf Basis von Schwefeldioxid mit dem Adsorptionsmittel geschieht dabei ohne zusätzlichen Energieaufwand.When an electrolyte escapes from a cell, there is usually an increase in pressure inside the storage housing due to the release of gaseous electrolyte components. Consequently, the pressure against the safety seal of the accumulator housing also increases. When a certain pressure is reached, the safety lock can release the outflow opening, whereupon the overpressure is released into the environment. Since the filter device is flow-coupled to the outflow opening, the electrolyte components necessarily come into contact with the filter of the filter device before the atmosphere of the battery store can enter the environment. The contacting of the gaseous electrolyte components based on sulfur dioxide with the adsorbent takes place without any additional expenditure of energy.

In einer Variante ist die Filtervorrichtung der Ausströmöffnung strömungsmäßig vorgeschaltet. Daher müssen die gasförmigen Elektrolytbestandteile die Filtervorrichtung innerhalb des Speichergehäuses durchqueren. Somit kann die Atmosphäre bereits innerhalb des Speichergehäuses gefiltert und nach Durchqueren der Filtervorrichtung in gereinigter Form in die Umgebung entlassen werden.In one variant, the filter device is upstream of the outflow opening in terms of flow. Therefore, the gaseous electrolyte components must pass through the filter device within the storage housing. Thus, the atmosphere can already be filtered inside the storage housing and, after passing through the filter device, released into the environment in a cleaned form.

Bei einer anderen Variante ist die Filtervorrichtung der Ausströmöffnung strömungsmäßig nachgeschaltet. Eine Filterung der Atmosphäre des Innenraums findet daher außerhalb des Speichergehäuses statt. Somit wird der technische Vorteil erzielt, dass die Neutralisation räumlich getrennt von den im Batteriespeicher angeordneten Batteriezellen ablaufen kann und Bauraum im Batteriespeicher eingespart wird.In another variant, the filter device is downstream of the outflow opening in terms of flow. Filtering of the interior atmosphere therefore takes place outside of the storage housing. The technical advantage is thus achieved that the neutralization can take place spatially separately from the battery cells arranged in the battery storage and installation space in the battery storage is saved.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Adsorptionsbehälter neben der Eintrittsöffnung auch eine der Eintrittsöffnung gegenüberliegende Austrittsöffnung auf, die beide in Längsrichtung des Adsorptionsbehälters angeordnet sind.In one embodiment of the invention, in addition to the inlet opening, the adsorption container also has an outlet opening opposite the inlet opening, both of which are arranged in the longitudinal direction of the adsorption container.

Aufgrund der gegenüberliegenden Anordnung der Eintritts- und der Austrittsöffnung in Längsrichtung des Adsorptionsbehälters kann ein Gasstrom von Elektrolytbestandteilen auf Basis von Schwefeldioxid dem Adsorptionsbehälter besonders effizient mit einer langen Wegstrecke durchqueren. Hierdurch erfolgt eine besonders gute Reinigungsleistung des Filters.Due to the opposite arrangement of the inlet and the outlet opening in the longitudinal direction of the adsorption vessel, a gas stream of electrolyte components based on Sulfur dioxide traverse the adsorption vessel particularly efficiently with a long distance. This results in a particularly good cleaning performance of the filter.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 in einer schematischen Darstellung einen Batteriespeicher mit einer Filtervorrichtung;
- 2 in einer schematischen Darstellung den Batteriespeicher mit der Filtervorrichtung aus 1 mit einer defekten Batteriezelle; und
- 3 in einer schematischen Darstellung einen Batteriespeicher mit einer außerhalb eines Speichergehäuses angeordneten Filtervorrichtung.

The invention is described in more detail below using exemplary embodiments with reference to the attached drawings. In the drawings show:

- 1 in a schematic representation, a battery storage device with a filter device;
- 2 in a schematic representation of the battery storage with the filter device 1 with a defective battery cell; and
- 3 in a schematic representation, a battery storage device with a filter device arranged outside of a storage housing.

1 zeigt einen Batteriespeicher 10 mit einer Sicherheitsvorrichtung. 1 shows a battery storage 10 with a safety device.

Der Batteriespeicher 10 umfasst ein Speichergehäuse 12. Das Speichergehäuse 12 weist einen Innenraum 28 auf, in dem wenigstens eine Batteriezelle 30 angeordnet ist. Es können aber auch mehrere Batteriezellen 30 in dem Innenraum 28 des Speichergehäuses 12 angeordnet sein. Zudem kann die Anordnung der Batteriezellen 30 beliebig sein. Sind mehrere Batteriezellen 30 vorhanden, so können diese miteinander verschaltet sein, um eine höhere Energie des Batteriespeichers 10 bereitzustellen.The battery storage 10 includes a storage housing 12. The storage housing 12 has an interior 28 in which at least one battery cell 30 is arranged. However, a plurality of battery cells 30 can also be arranged in the interior space 28 of the storage housing 12 . In addition, the arrangement of the battery cells 30 can be arbitrary. If a plurality of battery cells 30 are present, they can be connected to one another in order to provide more energy for the battery store 10 .

In dem Innenraum 28 ist eine Filtervorrichtung 26 angeordnet.A filter device 26 is arranged in the interior space 28 .

Die Filtervorrichtung 26 weist wenigstens einen Adsorptionsbehälter 14 auf. Der Adsorptionsbehälter 14 weist eine langgestreckte, rohrähnliche Form auf. Insbesondere ist der Adsorptionsbehälter 14 aus einem gasundurchlässigen Werkstoff gefertigt. Der Adsorptionsbehälter 14 kann vorzugsweise aus einem plastisch verformbaren Material bestehen.The filter device 26 has at least one adsorption container 14 . The adsorption vessel 14 has an elongated, tube-like shape. In particular, the adsorption container 14 is made of a gas-impermeable material. The adsorption container 14 can preferably consist of a plastically deformable material.

Zudem ist auch die Anordnung des Adsorptionsbehälters 14 innerhalb des Speichergehäuses beliebig. Der Adsorptionsbehälter 14 kann beispielsweise in direkter Nähe zu einer Batteriezelle 30 angeordnet sein. Auch kann der Adsorptionsbehälter 14 an einer Innenwand des Speichergehäuses 12 oder direkt an einer Batteriezelle 30 angebracht sein.In addition, the arrangement of the adsorption container 14 within the storage housing is arbitrary. The adsorption container 14 can be arranged in direct proximity to a battery cell 30, for example. The adsorption container 14 can also be attached to an inner wall of the storage housing 12 or directly to a battery cell 30 .

Der Adsorptionsbehälter 14 umschließt eine langgestreckte zylindrische Filterkammer 16 mit einer Längsrichtung A_B. Die Filterkammer 16 weist längsseitig zwei einander gegenüberliegend angeordnete Enden auf, welche die Filterkammer 16 in Längsrichtung A_B begrenzen. Das eine Ende weist einen gasdurchlässigen Abschnitt auf, der mit der Filterkammer 16 strömungsmäßig verbunden ist. Das andere Ende weist eine Austrittsöffnung 34 auf.The adsorption vessel 14 encloses an elongate cylindrical filter chamber 16 having a longitudinal direction A _B . On the longitudinal side, the filter chamber 16 has two ends which are arranged opposite one another and delimit the filter chamber 16 in the longitudinal direction A _B . One end has a gas-permeable portion that is in fluid communication with the filter chamber 16 . The other end has an outlet opening 34 .

In der gezeigten Ausführungsform ist der gasdurchlässige Abschnitt als eine durch einen gasdurchlässigen Vorfilter (hier nicht gezeigt) verschlossene Eintrittsöffnung 20 ausgeführt. Der gasdurchlässige Vorfilter ermöglicht eine räumliche Separation zwischen der Filterkammer 16 und den Batteriezellen 30, aber auch eine strömungsmäßige Verbindung zwischen der Filterkammer 16 und dem Innenraum 28, sodass ein freier Gasaustausch stattfinden kann.In the embodiment shown, the gas-permeable section is designed as an inlet opening 20 closed by a gas-permeable pre-filter (not shown here). The gas-permeable pre-filter allows a spatial separation between the filter chamber 16 and the battery cells 30, but also a flow connection between the filter chamber 16 and the interior 28, so that a free gas exchange can take place.

Die Austrittsöffnung 34 ist strömungsmäßig mit einem langestreckten Kanal 19 verbunden, der in eine Ausströmöffnung 24 des Speichergehäuses 12 mündet.The outlet opening 34 is connected in terms of flow to an elongate channel 19 which opens into an outflow opening 24 of the accumulator housing 12 .

Der Kanal 19 kann als ein Fortsatz des Adsorptionsbehälter 14 oder als ein Fortsatz des Speichergehäuses 12 ausgebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Adsorptionsbehälter 14 auf die Ausströmöffnung 24 direkt aufgesetzt ist (hier nicht gezeigt). Somit entfällt der Kanal 19.The channel 19 can be designed as an extension of the adsorption container 14 or as an extension of the storage housing 12 . However, it is also conceivable that the adsorption container 14 is placed directly onto the outflow opening 24 (not shown here). Channel 19 is therefore omitted.

Die Ausströmöffnung 24 ist in einer Wandung des Speichergehäuses 12 eingelassen. Zudem wird die Ausströmöffnung 24 durch einen Sicherheitsverschluss 22 verschlossen. Der Sicherheitsverschluss 22 ist derart eingerichtet, dass er ab einem bestimmten Überdruck innerhalb des Speichergehäuses 12 die Ausströmöffnung 24 freigibt.The outflow opening 24 is let into a wall of the accumulator housing 12 . In addition, the outflow opening 24 is closed by a safety closure 22 . The safety seal 22 is set up in such a way that it releases the outflow opening 24 above a specific overpressure within the accumulator housing 12 .

Die Filterkammer 16 umfasst wenigstens einen Filter 18.The filter chamber 16 comprises at least one filter 18.

Der in der Filterkammer 16 angeordnete Filter 18 umfasst wenigstens ein Adsorptionsmittel, bevorzugt ein festes Adsorptionsmittel, besonders bevorzugt ein festes poröses Adsorptionsmittel, ausgewählt aus der Gruppe der Hydroxide, Carbonate, Oxide, Zeolithe und Kieselgele sowie Kombinationen davon.The filter 18 arranged in the filter chamber 16 comprises at least one adsorbent, preferably a solid adsorbent, particularly preferably a solid porous adsorbent selected from the group consisting of hydroxides, carbonates, oxides, zeolites and silica gels and combinations thereof.

Vorzugsweise liegt das Adsorptionsmittel als ein granulares Medium vor. Dieses weist besonders bevorzugt eine feinporige poröse Oberfläche auf.Preferably the adsorbent is present as a granular medium. This particularly preferably has a fine-pored, porous surface.

Ferner kann der Filter 18 wenigstens einen weiteren Zusatzstoff umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivkohle, Molekularsieb, Polymer, Keramik, Katalysator und Erdalkali mit Halbchlorid sowie Kombinationen davon.In addition, the filter 18 may include at least one other additive selected from the group consisting of activated carbon, molecular sieve, polymer, ceramic, catalyst, and alkaline earth metal with hemichloride, and combinations thereof.

Die in dem Filter 18 befindlichen Adsorptionsmittel und Zusatzstoffe ermöglichen eine effiziente Neutralisation eines gasförmigen Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid. Insbesondere ermöglicht das Adsorptionsmittel die chemische Adsorption von gasförmigem Schwefeldioxid, wobei das Schwefeldioxid in beständigere chemische Verbindungen überführt wird, wie beispielsweise Sulfate, Sulfite oder Hydrogensulfite.The adsorbents and additives located in the filter 18 enable an efficient Ente neutralization of a gaseous electrolyte based on sulfur dioxide. In particular, the adsorbent enables the chemical adsorption of gaseous sulfur dioxide, the sulfur dioxide being converted into more stable chemical compounds, such as sulfates, sulfites or hydrogen sulfites.

2 zeigt den Batteriespeicher 10 aus 1 mit dem Unterschied, dass 2 einen Batteriespeicher 10 mit einer defekten Batteriezelle 32 innerhalb des Speichergehäuses 12 zeigt. 2 shows the battery storage 10 1 with the difference that 2 a battery storage 10 with a defective battery cell 32 within the storage housing 12 shows.

Darüber hinaus enthält die 2 die gleichen Komponenten wie in 1 beschrieben.In addition, the 2 the same components as in 1 described.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Filtervorrichtung anhand von 2 beschrieben.Below is the operation of the filter device based on 2 described.

Eine defekte Batteriezelle 32 setzt einen Elektrolyten auf Basis von Schwefeldioxid innerhalb des Speichergehäuses 12 frei. Dabei geht der Elektrolyt zum Teil in die Gasphase über und reichert sich im Innenraum 28 an. Es bildet sich im Innenraum 28 eine mit Druck beaufschlagte Atmosphäre des Elektrolyten. Ab einem vorbestimmten Überdruck gibt der Sicherheitsverschluss 22 die Ausströmöffnung 24 frei und die mit Druck beaufschlagte Atmosphäre wird in die Umgebung freigesetzt. Hierdurch bildet sich ein Gasstrom aus Elektrolytbestandteilen mit einer Strömungsrichtung S_E. Da die Ausströmöffnung 24 die einzige Öffnung des Speichergehäuses 12 darstellt, ist die Strömungsrichtung S_P des Gasstroms vorgegeben. Der Gasstrom entstammt einer defekten Zelle 32, passiert die Eintrittsöffnung 20, durchquert die Filterkammer 16 des Adsorptionsbehälters 14 und verlässt über die Ausströmöffnung 24 den Batteriespeicher 10.A defective battery cell 32 releases a sulfur dioxide based electrolyte within the storage enclosure 12 . In the process, part of the electrolyte changes into the gas phase and accumulates in the interior space 28 . A pressurized atmosphere of the electrolyte forms in the interior 28 . Above a predetermined overpressure, the safety seal 22 releases the outflow opening 24 and the pressurized atmosphere is released into the environment. This forms a gas flow of electrolyte components with a flow direction S _E . Since the outflow opening 24 is the only opening in the accumulator housing 12, the direction of flow S _P of the gas flow is predetermined. The gas flow originates from a defective cell 32, passes through the inlet opening 20, crosses the filter chamber 16 of the adsorption container 14 and leaves the battery storage unit 10 via the outflow opening 24.

Auf diese Weise kommen die Elektrolytbestandteile zwangsläufig in Kontakt mit dem Filter 18. Das in dem Filter 18 befindliche Adsorptionsmittel kann die gasförmigen Elektrolytbestandteile binden und das darin enthaltene Schwefeldioxid in chemisch beständigere Verbindungen überführen. Die gasförmigen Elektrolytbestandteile werden somit neutralisiert. Anschließend kann die durch die Filtervorrichtung 26 gereinigte Atmosphäre in die Umgebung entlassen werden. Der vorgeschlagene Batteriespeicher 10 mit der Filtervorrichtung 26 verhindert daher einen Übertritt des austretenden Elektrolyten in die Umgebung.In this way, the electrolyte components inevitably come into contact with the filter 18. The adsorbent in the filter 18 can bind the gaseous electrolyte components and convert the sulfur dioxide contained therein into chemically more stable compounds. The gaseous electrolyte components are thus neutralized. The atmosphere cleaned by the filter device 26 can then be released into the environment. The proposed battery store 10 with the filter device 26 therefore prevents the escaping electrolyte from escaping into the environment.

Insbesondere benötigt der hier vorgeschlagene Batteriespeicher kein aktives Sicherheitssystem mit elektronischer Sensorik und zusätzlicher Stromversorgung beziehungsweise einem externen Kontrollsystem. Die hier vorgestellte Sicherheitsvorrichtung arbeitet vollkommen passiv und benötigt keinerlei äußere Energiezufuhr.In particular, the battery storage proposed here does not require an active safety system with electronic sensors and an additional power supply or an external control system. The safety device presented here works completely passively and does not require any external energy supply.

3 zeigt den Batteriespeicher 10 aus 1 mit dem Unterschied, dass in 3 die Filtervorrichtung 26 außerhalb des Speichergehäuses 12 angeordnet ist. 3 shows the battery storage 10 1 with the difference that in 3 the filter device 26 is arranged outside of the storage housing 12 .

Darüber hinaus enthält die 3 die gleichen Komponenten wie in 1 beschrieben.In addition, the 3 the same components as in 1 described.

Die Filtervorrichtung 26 ist außerhalb des Speichergehäuses 12 in derart angeordnet, dass die Filtervorrichtung 26 mit dem Innenraum 28 strömungsmäßig verbunden ist.The filter device 26 is arranged outside of the storage housing 12 in such a way that the filter device 26 is fluidically connected to the interior space 28 .

Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Filtervorrichtung 26 der Ausströmöffnung 24 jedoch strömungsmäßig nachgeschaltet. Die Ausströmöffnung 24 des Speichergehäuses 12 ist daher an die Eintrittsöffnung 20 des Adsorptionsbehälters 14 angeschlossen.In the embodiment shown here, however, the filter device 26 is downstream of the outflow opening 24 in terms of flow. The outflow opening 24 of the storage housing 12 is therefore connected to the inlet opening 20 of the adsorption container 14 .

Der Adsorptionsbehälter 14 weist außerdem eine der Eintrittsöffnung 20 gegenüberliegende Austrittsöffnung 34 auf, die die Filterkammer 16 mit der Umgebung strömungsmäßig verbindet. Insbesondere ist Austrittsöffnung 34 durch eine gasdurchlässige Membran und/oder einem Grobfilter verschlossen (hier nicht gezeigt), mit dem der Filter 18 in dem Absorptionsbehälter 14 zurückgehalten werden kann.The adsorption container 14 also has an outlet opening 34 which is opposite the inlet opening 20 and which fluidly connects the filter chamber 16 to the environment. In particular, the outlet opening 34 is closed by a gas-permeable membrane and/or a coarse filter (not shown here) with which the filter 18 can be retained in the absorption container 14 .

Auch bei der in 3 dargestellten Ausführungsform müssen die aus einer defekten Batteriezelle freigesetzten Elektrolytbestandteile den Filter 18 durchströmen, bevor die Atmosphäre aus dem Innenraum 28 des Speichergehäuses 12 in die Umgebung abgegeben werden kann. Damit ist eine effektive Neutralisation der Elektrolytbestanteile gewährleistet.Also at the in 3 In the illustrated embodiment, the electrolyte components released from a defective battery cell must flow through the filter 18 before the atmosphere can be discharged from the interior 28 of the storage housing 12 into the environment. This ensures effective neutralization of the electrolyte components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1201004 B1 [0010, 0030]
EP 2534719 B1 [0011, 0030]
WO 2015/043573 A2 [0012, 0030]
WO 2021/019042 A1 [0013, 0030]
DE 102021118811 [0014, 0030]
EP 3703161 A1 [0015, 0030]
EP 2227838 B1 [0015, 0030]
EP 2742551 B1 [0015, 0030]
EP 3771011 A2 [0015, 0030]
WO 2005/031908 A2 [0015, 0030]
WO 2014/121803 A1 [0015, 0030]

Claims

Battery storage (10) with a storage housing (12) and at least one battery cell (30) which is arranged in an interior (28) of the storage housing (12) and contains an electrolyte based on sulfur dioxide, characterized in that the battery storage (10) a filter device (26) for neutralizing gaseous electrolyte components based on sulfur dioxide, the filter device (26) being fluidically connected to the interior (28) of the storage housing (12).

Battery storage (10) after claim 1 , characterized in that the filter device (26) is arranged in the interior (28) of the storage housing (12).

Battery storage (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the filter device (26) has at least one adsorption container (14) with a gas-permeable section and a filter chamber (16), the filter chamber (16) comprising a filter (18).

Battery storage (10) after claim 3 , characterized in that the gas-permeable section is formed by an inlet opening (20) closed by a gas-permeable pre-filter.

Battery storage (10) according to one of claims 3 or 4 , characterized in that the filter (18) comprises an adsorbent, preferably a solid adsorbent, more preferably a solid porous adsorbent selected from the group of hydroxides, carbonates, oxides, zeolites and silica gels and combinations thereof.

Battery storage (10) according to one of claims 3 until 5 , characterized in that the filter (18) comprises at least one further additive selected from the group consisting of activated carbon, molecular sieve, polymer, ceramic, catalyst and alkaline earth metal chloride and combinations thereof.

Battery storage (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the storage housing (12) has an outflow opening (24) closed by a safety closure (22), the safety closure (22) releasing the outflow opening (24) when a predetermined overpressure is reached .

Battery storage (10) after claim 7 , characterized in that the safety lock (22) is designed as a bursting disc, bursting membrane or as a pressure relief valve.

Battery storage (10) according to one of Claims 7 or 8th , characterized in that the filter device (26) is fluidly coupled to the outflow opening (24).

Battery storage (10) according to one of Claims 7 until 9 , characterized in that the adsorption vessel (14) also has an outlet opening (34) opposite the inlet opening (20), the inlet opening (20) and the outlet opening (34) being arranged in the longitudinal direction of the adsorption vessel (14).