EP2494640A1 - Elektrochemischer energiespeicher und verfahren zur thermischen stabilisierung eines elektrochemischen energiespeichers - Google Patents

Elektrochemischer energiespeicher und verfahren zur thermischen stabilisierung eines elektrochemischen energiespeichers

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EP2494640A1
EP2494640A1 EP10779226A EP10779226A EP2494640A1 EP 2494640 A1 EP2494640 A1 EP 2494640A1 EP 10779226 A EP10779226 A EP 10779226A EP 10779226 A EP10779226 A EP 10779226A EP 2494640 A1 EP2494640 A1 EP 2494640A1
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EP
European Patent Office
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galvanic cell
cell
interior
electrochemical energy
heat
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Withdrawn
Application number
EP10779226A
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English (en)
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Tim Schaefer
Andreas Gutsch
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Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • Electrochemical energy store and method for the thermal stabilization of an electrochemical energy store are Electrochemical energy store and method for the thermal stabilization of an electrochemical energy store
  • the present invention relates to an electrochemical energy store and a method for the thermal stabilization of an electrochemical energy store, in particular of a lithium-ion accumulator.
  • US 5,574,355 A describes a device for detecting a thermal run away for use in connection with the charging of batteries.
  • This device has a circuit for determining the internal resistance or the conductivity of a battery.
  • a circuit detects an increase in the internal battery conductivity or a drop in the internal battery resistance and generates a corresponding output signal. This output signal indicates the presence or presence of thermal runaway in this battery.
  • the circuit can be used to control the charging of the battery.
  • No. 5,642,100 A describes an energy management system, a method and a device for controlling the thermal run-away in the battery of a telecommunication exchange station or in a battery charging system connected thereto.
  • the system draws power from a power supply and passes the power through a rectifier to the battery and a load.
  • the system has a low voltage circuit breaker that allows the battery to be disconnected from the power.
  • a measuring resistor is used to generate a first signal that represents the current flow through the rectifier.
  • One another measuring resistor is used to generate a second signal representing the current flow through the load.
  • a third value is generated which represents the difference between the first signal and the second signal.
  • the microprocessor is also used to generate a signal indicative of a thermal run away when the third value exceeds a predetermined threshold. In this case, the battery can be disconnected from the power.
  • US 5,710,507 A describes a circuit and method for its use for selecting the operating mode of a charging circuit for a backup battery.
  • the operating mode selection circuit contains a transducer to convert a temperature value
  • the circuit further includes a mode change circuit connected to the temperature transducer for selecting between a heating mode or a charging mode.
  • heating mode the backup battery is heated by an external power supply.
  • charging mode charging mode
  • the energy source is used to charge the battery.
  • the US 7,061, 208 B2 describes a temperature controller for controlling the temperature of a storage battery.
  • This controller contains a thermoelectric transducer with two contact points.
  • the first contact pad is thermally coupled to one or more storage batteries, and the second interface is thermally thermally coupled to a thermal contactor
  • Action acceleration medium coupled, which accelerates the thermal effect of the second interface.
  • the first interface and the second interface work in opposite directions, ie they operate the heat dissipation or heat absorption depending on the polarity of the battery. In this way it is possible for the heat regulator to cool or warm the battery.
  • the electrochemical energy store according to the invention has at least one galvanic cell which contains or has a component or device which, at least locally exceeding a limit temperature in the interior of the galvanic cell, at least temporarily reduces the heat production inside the galvanic cell and / or at least temporarily Increasing the heat output of this cell causes its environment.
  • a component or a device which contains or comprises this galvanic cell causes an at least temporary overshoot of a limit temperature in the interior of the galvanic cell
  • the inventively provided component or device that causes at least locally exceeding a limit temperature inside the galvanic cell at least temporary reduction of heat production inside the galvanic cell and / or an at least temporary increase in the heat emission of this cell to its environment, for example, a chemical Substance or a mixture of substances which is in dissolved or undissolved form inside the galvanic cell;
  • a chemical Substance or a mixture of substances which is in dissolved or undissolved form inside the galvanic cell;
  • Preferably arranged in one of the structures which form the electrochemically active or the electrochemical processes supporting or enabling components of the cell so for example in or on the electrodes, the separators or in the electrolyte.
  • an electrochemical energy store is to be understood as meaning any type of energy store, from which electrical energy can be taken, wherein an electrochemical reaction takes place in the interior of the energy store.
  • the term encompasses in particular galvanic cells of all kinds, in particular primary cells, secondary cells and assemblies of such cells into batteries from such cells.
  • electrochemical energy stores usually have negative and positive electrodes, which are separated by a so-called separator. Between the electrodes there is an ion transport through an electrolyte. Under an electrochemical energy storage but should also be understood fuel cells.
  • thermal stabilization of an electrochemical energy store is intended to mean any measure which is suitable for protecting the electrochemical energy store against impairments or damage which could arise from an at least local exceeding of a limit temperature in the interior of the electrochemical energy store.
  • a limiting temperature is to be understood as meaning a temporal development of the temperature or of the temperature distribution in the interior of the electrochemical energy store, in which a limit temperature is temporarily or permanently exceeded at least at one point or in a spatial subarea.
  • the heat production in the interior of the galvanic cell or of the electrochemical energy store is to be understood as the amount of heat per unit of time which is formed inside the galvanic cell or the electrochemical energy store, for example as chemical reaction heat or through other dissipative processes.
  • the heat output of a galvanic cell or of an electrochemical energy store to its environment must be distinguished from heat production. This takes place via heat flows over the outer limits of a galvanic see cell or an electrochemical energy storage.
  • heat production may be negative, such as when an endothermic chemical reaction occurs inside a galvanic cell or an electrochemical energy store, or, for example, if there is a heat sink inside a galvanic cell or electrochemical energy store. Nevertheless, the term heat production is used independently of the sign of this quantity. Similarly, the heat transfer can be done not only from the inside of a galvanic cell or an electrochemical energy storage outward but also in the opposite direction, for example, in situations where a galvanic cell receives heat from a neighboring galvanic cell. In these cases, the heat release assumes negative values, which apparently corresponds to a heat absorption. The term heat dissipation should therefore include the case of heat absorption.
  • Energy storage at least one chemical reaction or at least one mass transport in the interior of a galvanic cell of the electrochemical energy storage is at least locally influenced in such a way that the heat production inside the galvanic cell falls on or below the heat release of this cell over its spatial limits.
  • the control of heat production by influencing chemical reactions or mass transport can often be done relatively quickly, whereby a rapid and effective thermal stabilization of an electrochemical energy storage is possible.
  • a thermal stabilization is possible even in extreme situations, for example, when occurring or in advance of a so-called "thermal runaway", in which a self-accelerating
  • At least one chemical reaction or at least one mass transport in the interior of the galvanic cell is at least locally inhibited, ie suppressed, limited or prevented.
  • the at least local suppression, limitation or prevention of a chemical reaction leads in particular to a particularly effective thermal stabilization of an electrochemical energy store, if this is an exothermic chemical reaction or a chemical reaction, the product of which is a starting material inside the galvanic cell also expiring exothermic reaction.
  • the inhibition of a chemical reaction or mass transfer inside the galvanic cell is preferably effected by suitable separator materials and / or separator structures, which influence, for example, the ion flux as a function of the local temperature or as a function of the strength of the local ion flux.
  • Such separator materials or separator structures preferably consist of a porous or microporous carrier with a coating of materials which lower the ion transport through the pores above a limiting temperature.
  • Fuses are used, which electrically isolate a galvanic cell from impending overheating from their environment, or with heat pumps, such as heat pumps of the Peltier type having a hot and a cold heat transfer point and preferably a semiconductor element, which transports heat energy between the two heat transfer points .
  • Further preferred alternative or to be combined measures form current shutdowns or current limits by means of current sensors for measuring the battery current.
  • the thermal stabilization of an electrochemical energy store can be significantly improved over the corresponding individual measures.
  • the thermal conductivity in the interior of the galvanic cell temporarily or permanently increased at least locally.
  • heat pumps for example by those of the Peltier type, which are then preferably arranged in the galvanic cell so that an effective heat transfer with simultaneous extensive or complete isolation of these heat pumps against a mass transfer with the other cell components is possible .
  • the heat output of this cell is temporarily or permanently increased at least locally over its spatial limits.
  • heat pumps for example those of the Peltier type, can advantageously be used.
  • Such heat pumps may, in connection with all the aforementioned embodiments of the invention, be preferably controlled by sensor signals in connection with microprocessors, for example by the signals from temperature sensors or from sensors for measuring the current delivered or received by the energy store or one of its cells.
  • Figure 1 is a schematic representation of the heat production in the interior and the heat emission of an electrochemical energy storage device with a galvanic cell.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the heat production in the interior and the heat transfer conditions of an electrochemical energy store with a plurality of galvanic cells
  • FIG. 3 is a schematic representation of an electrochemical energy store with a stack of a plurality of electrodes separated by a separator
  • Fig. 4 is a schematic representation of the ion transport operations
  • FIG. 5 is a schematic representation of the ion transport operations
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an inventive electrochemical energy store according to a preferred embodiment of the present invention with a locally increased thermal conductivity in the interior of the galvanic cell and a locally increased heat output through the outer limits of the galvanic cell.
  • a heat production 2 which is associated with an increase in temperature inside the galvanic cell, unless the heat generated by a correspondingly large heat output 3 is dissipated via the outer limits 1 of the galvanic cell.
  • the temperature rises if or as long as the heat production exceeds the heat release. The temperature drops, if or as long as the
  • the heat output 3 of a galvanic cell over its outer limits is determined essentially by the temperature of the galvanic cell in the region of the outer limits, ie for example by the temperature of the packaging film or by the temperature of the housing.
  • the heat production 2 inside a galvanic cell initially increases the temperature inside this galvanic cell.
  • Heat transfer processes in the interior of the galvanic cell whose size and size are mainly determined by the thermal conductivity and in some cases by other phenomena such as convection currents, result in a temperature compensation inside the galvanic cell, as a result of which the temperature in the galvanic cell Inside of the galvanic cell equalizes the temperature at the boundaries of the cell.
  • this process is done not instantaneously, but is usually associated with delays, with the delay times depending on the heat transport properties of the material inside the galvanic cell.
  • the heat transport processes in the interior of the galvanic cell usually no longer sufficient to increase the temperature inside the galvanic cell above a critical limit temperature to prevent.
  • Cascade effect causes a plurality of adjacent cells in a thermal runaway state.
  • an electrochemical energy store having at least one spatially limited galvanic cell has a component or component contains or has a device that causes at least locally exceeding a limit temperature inside the galvanic cell that the heat production inside the galvanic cell drops to or below the heat release of this cell over their spatial limits.
  • Figure 3 shows schematically a galvanic cell with a so-called electrode stack of positive electrodes 8 and negative
  • these ion streams 1 1 between the electrodes through the separators 10 lead to a heat production and to corresponding heat transports 12 from the interior to the boundaries of the galvanic cell.
  • the heat output 3, ie the heat flows over the outer limits of the galvanic cell from the inside into the environment of the cell, so as not to raise the temperature of the cell to critical values.
  • FIG. 6 schematically shows an electronic energy store according to the invention according to a preferred embodiment of the present invention with a locally inhibited ion transport 15 and / or with a locally inhibited chemical reaction 15.
  • FIG. 6 illustrates a whole class of embodiments of the present invention by the mechanism of inhibiting the chemical reaction or transport.
  • the inhibition can be done in quite different ways.
  • a first possibility is to accommodate a substance that interferes with the intended cell reaction in the galvanic cell in such a way that this substance does not become effective in normal operation. This can be done, for example, by including this reagent in a thermoplastic capsule material which is placed in proximity to the battery electrodes or within the separator structures. If the melting point of the thermoplastic inclusion material is suitably selected, it is possible for the electrochemical cell reaction to release interfering reagent by melting the thermoplastic material when the temperature inside the cell becomes certain
  • Limit value namely the melting point of the material exceeds.
  • This embodiment of the invention has the advantage that a
  • Inhibition of the chemical reaction which would cause an increase in temperature, can already take place before this temperature increase has reached a critical value. This avoids or mitigates the problem of delayed temperature alignment within the cell.
  • This embodiment of the invention can be realized particularly advantageously if a coating with capsules containing the interfering reagent is applied to the electrodes and releasing the reagent when the ion current through this electrode exceeds a certain value.
  • Another possibility for local inhibition of the cell reaction is the use of electrolytes which are not liquid but, for example, gel-like.
  • Electrolytes it is possible to suppress the electrochemical cell reaction locally so strong that a thermal runaway of the cell can be avoided.
  • Non-liquid or viscous electrolytes for example, which contain a dispersion of an inert, ion transport-inhibiting material, are suitable for this purpose. Preference is given here organic
  • Another possibility for inhibiting the cell reaction of a galvanic cell is to carry out the separator as a porous substrate and to provide him, preferably on one of its surfaces, with a material meltable by heat.
  • the heat-fusible material is applied to the surface of the separator so that open areas remain, in which an ion transport can take place. This can be done, for example, by applying the material which melts with the heat to the separator in a matrix-like manner.
  • This heat-melting material now melts at or near a predetermined limit temperature, so that the ion permeability of the substrate of the separator is significantly reduced, thereby effectively inhibiting the cell reaction of the galvanic cell.
  • Figure 7 illustrates another class of embodiments of the present invention, the features of which can also be combined with the features of other embodiments.
  • this class of embodiments there is a locally increased removal of locally increased heat produced by means of a locally increased thermal conductivity in the interior of the galvanic cell.
  • One possibility for realizing these embodiments of the invention is to accommodate materials inside the cell whose thermal conductivity increases with increasing temperature.
  • Such materials are known in relatively large numbers and well studied.
  • such materials are chosen which behave chemically inert to the active components of the galvanic cell.
  • Such materials may preferably be mixed as a dispersion or as a solution with the other constituents of the galvanic cell. But it is also possible, such
  • a separator prepared in this way has a thermal conductivity that increases with increasing temperature.
  • heat pumps such as Peltier-type heat pumps in the cell, which are then able to actively transport heat.
  • Such heat pumps may be controlled by sensor signals by means of microprocessors, these sensor signals preferably representing temperatures measured inside the cell.
  • the energy supply of such heat pumps could preferably be taken from the stabilizing galvanic cell itself via its electrodes or its electrical connection terminals.
  • Heat pumps, in particular of the Peltier type can preferably also be used to improve the heat release over the outer limits of the cell.
  • gel-like substances with high heat capacity and preferably a high evaporation rate.
  • Gels are particularly suitable for the realization of these embodiments, because they prevent premature flow away of the cooling liquid components by their gel-like consistency. Because of the high heat capacity of water, water-based gels are a preferred one

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Abstract

In einem elektrochemischen Energiespeicher mit wenigstens einer räumlich begrenzten galvanischen Zelle (1, 1a, 1b, 1c), enthält diese galvanische Zelle eine Komponente oder eine Einrichtung, die bei wenigstens lokaler Überschreitung einer Grenztemperatur im Inneren der galvanischen Zelle bewirkt, dass die Wärmeproduktion (2, 2a, 2b, 2c) im Inneren der galvanischen Zelle auf oder unter die Wärmeabgabe (3, 4, 5) dieser Zelle über ihre räumlichen Grenzen abfällt.

Description

Elektrochemischer Energiespeicher und Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher und ein Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere eines Lithium-Ionen-Akkumulators.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungsansätze zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers bekannt. Die US 5,574,355 A beschreibt ein Gerät zur Detektion eines thermischen Durchgehens ("thermal run away") zur Verwendung im Zusammenhang mit dem Aufladen von Batterien. Dieses Gerät weist einen Schaltkreis zur Bestimmung des Innenwiderstands oder der Leitfähigkeit einer Batterie auf. Ein Schaltkreis detektiert einen Anstieg der inneren Batterieleitfähigkeit oder einen Abfall des Batterie- innenwiderstandes und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal weist auf das Bevorstehen oder Vorliegen eines thermischen Durchgehens bei dieser Batterie hin. Der Schaltkreis kann zur Steuerung des Ladevorgangs der Batterie verwendet werden. Die US 5,642,100 A beschreibt ein Energiemanagementsystem, ein Verfahren und ein Gerät zur Steuerung des thermal run away in der Batterie einer Tele- kommunikationsvermittlungsstation bzw. in einem damit verbundenen Batterieladesystem. Das System bezieht Strom von einer Stromversorgung und gibt den Strom über einen Gleichrichter an die Batterie und eine Last weiter. Das System verfügt über einen Niederspannungstrennschalter, mit dem die Batterie vom Strom getrennt werden kann. Ein Messwiderstand dient zur Erzeugung eines ersten Signals, das den Stromfluss durch den Gleichrichter repräsentiert. Ein weiterer Messwiderstand wird zur Erzeugung eines zweiten Signals verwendet, das den Stromfluss durch die Last repräsentiert. Mit Hilfe eines Mikroprozessors wird ein dritter Wert erzeugt, der die Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal darstellt. Der Mikroprozessor wird auch dazu verwendet, ein Signal zu generieren, das auf einen thermal run away hinweist, wenn der dritte Wert eine vorgegebene Schwelle überschreitet. In diesem Fall kann die Batterie vom Strom getrennt werden.
Die US 5,710,507 A beschreibt einen Schaltkreis und ein Verfahren zu seiner Verwendung zur Auswahl der Betriebsart eines Ladeschaltkreises für eine Reservebatterie. Der Schaltkreis zur Auswahl der Betriebsart enthält einen Messwertumformer (transducer) zur Umformung eines Temperaturwerts
(temperature transducer) der mit der Reservebatterie verbunden ist, um die Temperatur der Reservebatterie zu messen. Der Schaltkreis enthält ferner einen Betriebsartänderungsschaltkreis, der mit dem Temperature Transducer verbunden ist, um zwischen einem Heizbetriebszustand oder einem Ladungs- betriebszustand auszuwählen. Im Heizbetriebszustand wird die Reservebatterie von einer externen Stromversorgung geheizt. Im Ladungszustand (charging mode) dient die Energiequelle zur Ladung der Batterie.
Die US 7,061 ,208 B2 beschreibt einen Temperaturregler zur Regelung der Temperatur einer Speicherbatterie. Dieser Regler beinhaltet einen thermo- elektrischen Messwertumsetzer (transducer) mit zwei Kontaktstellen. Die erste Kontaktstelle wird thermisch mit einer oder mit mehreren Speicherbatterien gekoppelt, und die zweite Schnittstelle wird thermisch mit einem thermischen
Aktionsbeschleunigungsmedium gekoppelt, welches die thermische Wirkung der zweiten Schnittstelle beschleunigt. Die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle arbeiten gegenläufig zueinander, d.h. sie betreiben die Wärmedissipation oder Wärmeabsorption in Abhängigkeit von der Polarität der Batterie. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Wärmeregulator die Batterie abkühlt oder aufwärmt. Diese unterschiedlichen bekannten Erzeugnisse bzw. Verfahren sind jeweils mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst wirkungsvolles Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers und einen entsprechenden elektrochemischen Energiespeicher anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen
Ansprüche erreicht. Der erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher weist wenigstens eine galvanische Zelle auf, die eine Komponente oder eine Einrichtung enthält oder aufweist, die bei wenigstens lokaler Überschreitung einer Grenztemperatur im Inneren der galvanischen Zelle eine zumindest zeitweilige Reduktion der Wärmeproduktion im Inneren der galvanischen Zelle oder/und eine zumindest zeitweilige Erhöhung der Wärmeabgabe dieser Zelle an ihre Umgebung bewirkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers mit wenigstens einer galvanischen Zelle bewirkt eine Komponente oder eine Einrichtung, die diese galvanische Zelle enthält oder aufweist, bei wenigstens lokaler Überschreitung einer Grenztemperatur im Inneren der galvanischen Zelle eine zumindest zeitweilige
Reduktion der Wärmeproduktion im Inneren der galvanischen Zelle oder/und eine zumindest zeitweilige Erhöhung der Wärmeabgabe dieser Zelle an ihre Umgebung.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Komponente oder Einrichtung, die bei wenigstens lokaler Überschreitung einer Grenztemperatur im Inneren der galvanischen Zelle eine zumindest zeitweilige Reduktion der Wärmeproduktion im Inneren der galvanischen Zelle oder/und eine zumindest zeitweilige Erhöhung der Wärmeabgabe dieser Zelle an ihre Umgebung bewirkt, kann beispielsweise eine chemische Substanz oder ein Gemisch von Substanzen sein, die sich in gelöster oder ungelöster Form im Inneren der galvanischen Zelle befindet, vor- zugsweise angeordnet in einer der Strukturen, welche die elektrochemisch aktiven oder die elektrochemische Vorgänge unterstützenden oder ermöglichenden Bestandteile der Zelle bilden, also beispielsweise in oder an den Elektroden, den Separatoren oder in dem Elektrolyten. Es kann sich aber auch um eine strukturelle Komponente oder Einrichtung handeln, wie beispielsweise eine vorzugsweise elektromechanische, elektronische oder mechatronische Komponente oder Einrichtung, die, vorzugsweise gesteuert durch sensorische Signale wie beispielsweise durch ein Messsignal für die Temperatur der Zelle, beispielsweise eine Substanz freisetzen oder beispielsweise Transportkanäle für den Transport von Substanzen im Inneren der Zelle öffnen oder schließen kann, und auf diese Weise oder auf andere Weisen bewirkt, dass die Wärmeproduktion im Inneren der galvanischen Zelle auf oder unter die Wärmeabgabe dieser Zelle über ihre räumlichen Grenzen abfällt. Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einem elektrochemischen Energiespeicher jede Art von Energiespeicher verstanden werden, dem elektrische Energie entnommen werden kann, wobei eine elektrochemische Reaktion im Innern des Energiespeichers abläuft. Der Begriff umfasst insbesondere galvanische Zellen aller Art, insbesondere Primärzellen, Sekundärzellen und Zusammenschaitungen solcher Zellen zu Batterien aus solchen Zellen. Solche elektrochemischen Energiespeicher weisen üblicherweise negative und positive Elektroden auf, die durch einen so genannten Separator getrennt sind. Zwischen den Elektroden findet ein lonentransport durch einen Elektrolyten statt. Unter einem elektrochemischen Energiespeicher sollen aber auch Brennstoffzellen verstanden werden.
In diesem Zusammenhang soll unter der thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers jede Maßnahme verstanden werden, die geeignet ist, den elektrochemischen Energiespeicher gegen Beeinträchtigungen oder Beschädigungen zu schützen, die aus einer wenigstens lokalen Überschreitung einer Grenztemperatur im Inneren des elektrochemischen Energiespeichers entstehen könnten. Unter einer wenigstens lokalen Überschreitung einer Grenztemperatur ist dabei eine zeitliche Entwicklung der Temperatur oder der Temperaturverteilung im Inneren des elektrochemischen Energiespeichers zu verstehen, bei der es vorrübergehend oder dauerhaft wenigstens an einer Stelle oder in einem räumlichen Teilbereich zu einer Überschreitung einer Grenztemperatur kommt.
In diesem Zusammenhang soll unter der Wärmeproduktion im Inneren der galvanischen Zelle oder des elektrochemischen Energiespeichers die Wärmemenge pro Zeiteinheit verstanden werden, welche im Inneren der galvanischen Zelle oder des elektrochemischen Energiespeichers gebildet wird, beispielsweise als chemische Reaktionswärme oder durch andere dissipative Prozesse. Von der Wärmeproduktion zu unterscheiden ist die Wärmeabgabe einer galvanischen Zelle oder eines elektrochemischen Energiespeichers an seine Umgebung. Diese erfolgt über Wärmeströme über die äußeren Grenzen einer galvani- sehen Zelle oder eines elektrochemischen Energiespeichers.
Unter bestimmten Umständen kann die Wärmeproduktion negative Werte annehmen, beispielsweise, wenn im Inneren einer galvanischen Zelle oder eines elektrochemischen Energiespeichers eine endotherme chemische Reaktion ab- läuft, oder beispielsweise auch, falls sich im Inneren einer galvanischen Zelle oder eines elektrochemischen Energiespeichers eine Wärmesenke befindet. Dessen ungeachtet wird der Begriff Wärmeproduktion unabhängig vom Vorzeichen dieser Größe verwendet. In ähnlicher Weise kann der Wärmetransport nicht nur aus dem Inneren einer galvanischen Zelle oder eines elektrochemi- sehen Energiespeichers nach außen sondern auch in umgekehrter Richtung erfolgen, beispielsweise in Situationen, in denen eine galvanische Zelle von einer ihr benachbarten galvanischen Zelle Wärme aufnimmt. In diesen Fällen nimmt die Wärmeabgabe negative Werte an, was offenbar einer Wärmeaufnahme entspricht. Der Begriff der Wärmeabgabe soll aus diesem Grund den Fall der Wärmeaufnahme mit einschließen. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einem bevorzugten elektrochemischen Energiespeicher oder einem bevor- zugten Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen
Energiespeichers wird wenigstens eine chemischen Reaktion oder wenigstens ein Stofftransport im Inneren einer galvanischen Zelle des elektrochemischen Energiespeichers wenigstens lokal in der Weise beeinflusst, dass die Wärmeproduktion im Inneren der galvanischen Zelle auf oder unter die Wärmeabgabe dieser Zelle über ihre räumlichen Grenzen abfällt. Die Steuerung der Wärmeproduktion über die Beeinflussung chemischer Reaktionen oder Stofftransporte kann häufig verhältnismäßig schnell erfolgen, wodurch eine rasche und wirksame thermische Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers möglich ist. Hierdurch wird eine thermische Stabilisierung auch in extremen Situationen ermöglicht, beispielsweise beim Auftreten oder im Vorfeld eines so genannten„thermal runaway", bei dem eine sich selbst beschleunigende
Temperaturerhöhung im Inneren eines elektrochemischen Energiespeichers diesen zu zerstören droht. Bei einem weiteren bevorzugten elektrochemischen Energiespeicher oder einem weiteren bevorzugten Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers wird wenigstens eine chemische Reaktion oder wenigstens ein Stofftransport im Inneren der galvanischen Zelle wenigstens lokal inhibiert, also unterdrückt, begrenzt oder verhindert. Die wenigstens lokale Unterdrückung, Begrenzung oder Verhinderung einer chemischen Reaktion führt insbesondere dann zu einer besonders wirksamen thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers, wenn es sich dabei um eine exotherme chemische Reaktion handelt oder um eine chemische Reaktion, deren Produkt ein Edukt einer im Inneren der galvanischen Zelle ebenfalls ablaufenden exothermen Reaktion ist. Die Inhibierung einer chemischen Reaktion oder eines Stofftransportes im Inneren der galvanischen Zelle wird bevorzugt durch geeignete Separatormaterialien und/oder Separatorstrukturen bewirkt, welche beispielsweise den lonenfluss in Abhängigkeit von der lokalen Temperatur oder in Abhängigkeit von der Stärke des lokalen lonenflusses beeinflussen. Solche Separatormaterialen oder Separatorstrukturen bestehen vorzugsweise aus einem porösen oder mikroporösen Träger mit einer Beschichtung aus Materialien, die oberhalb einer Grenztemperatur den lonentransport durch die Poren herabsetzen. Als ebenfalls bevorzugte Alternative hierzu oder in Kombination mit derartigen Maßnahmen kommt aber auch eine Beschichtung der Elektroden, also der Anoden und oder der Kathoden mit solchen Materialien in Betracht, welche oberhalb einer Grenztemperatur den lonentransport durch die Poren herabsetzen.
Solche Ausführungsformen der Erfindung können vorzugsweise auch mit weiteren Ausführungsformen kombiniert werden, bei denen thermische
Sicherungen zum Einsatz kommen, die eine galvanische Zelle bei drohender Überhitzung elektrisch von ihrer Umgebung trennen, oder mit Wärmepumpen, beispielsweise mit Wärmepumpen vom Peltier-Typ, die eine heiße und eine kalte Wärmeübergangsstelle aufweisen und vorzugsweise ein Halbleiterelement, welches Wärmeenergie zwischen den beiden Wärmeübergangsstellen transportiert. Weitere bevorzugte alternative oder zu kombinierende Maßnahmen bilden Stromabschaltungen oder Strombegrenzungen mit Hilfe von Stromsensoren zur Messung des Batteriestroms. Durch eine Kombination solcher und ähnlicher Einrichtungen kann die thermische Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers gegenüber den entsprechenden Einzelmaßnahmen bedeutend verbessert werden. Bei einem weiteren bevorzugten elektrochemischen Energiespeicher oder einem weiteren bevorzugten Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers wird die Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle vorübergehend oder dauerhaft wenigstens lokal erhöht. Dies kann vorzugsweise auch durch Wärmepumpen geschehen, beispielsweise durch solche vom Peltier-Typ, die dann vorzugsweise in der galvanischen Zelle so angeordnet werden, dass ein effektiver Wärmetransport bei gleichzeitiger weit- gehender oder vollständiger Isolation dieser Wärmepumpen gegen einen Stoffaustausch mit den übrigen Zellbestandteilen möglich wird. Durch derartige Maßnahmen kann - vorzugsweise auch in Kombination mit anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung - der Wärmetransport vom Inneren der galvanischen Zelle an ihre räumlichen Grenzen erhöht und damit die Wärmeabgabe dieser Zelle an ihre Umgebung erhöht werden.
Bei einem weiteren bevorzugten elektrochemischen Energiespeicher oder einem weiteren bevorzugten Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers wird die Wärmeabgabe dieser Zelle über ihre räumlichen Grenzen vorübergehend oder dauerhaft wenigstens lokal erhöht.
Auch hierbei können vorzugsweise Wärmepumpen, beispielsweise solche vom Peltier-Typ, vorteilhaft eingesetzt werden.
Solche Wärmepumpen können im Zusammenhang mit allen vorgenannten Aus- führungsformen der Erfindung vorzugsweise durch Sensorsignale in Verbindung mit Mikroprozessoren gesteuert werden, beispielsweise durch die Signale von Temperatursensoren oder von Sensoren zur Messung des von dem Energiespeicher oder einer seiner Zellen abgegebenen oder aufgenommen Stroms. Einige der beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Fachmann anhand seines Fachwissens zu kombinieren wissen; andere Ausführungsbeispiele, die hier nicht abschließend beschrieben werden können, wird der Fachmann mit Hilfe seines Fachwissens anhand der vorliegenden Beschreibung leicht auffinden können. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Wärmeproduktion im Inneren und der Wärmeabgabe eines elektrochemischen Energiespeichers mit einer galvanischen Zelle;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wärmeproduktion im Inneren und der Wärmetransportverhältnisse eines elektrochemischen Energie- Speichers mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines elektrochemischen Energiespeichers mit einem Stapel aus einer Mehrzahl von durch einen Separator getrennten Elektroden;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der lonentransportvorgänge und der
Wärmetransportvorgänge im Inneren eines elektrochemischen Energiespeichers im Normalbetrieb; Fig. 5 eine schematische Darstellung der ionentransportvorgänge und der
Wärmetransportvorgänge im Inneren eines elektrochemischen Energiespeichers in einem Betriebszustand mit lokal erhöhtem lonentransport; Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem lokal inhibierten lonentransport und/oder einer lokal inhibierten chemischen Reaktion; Fig. 7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer bevorzugten Ausführungs- form der vorliegenden Erfindung mit einer lokal erhöhten Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle; und
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers gemäß einer bevorzugten Aüsführungs- form der vorliegenden Erfindung mit einer lokal erhöhten Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle und einer lokal erhöhten Wärmeabgabe durch die äußeren Grenzen der galvanischen Zelle.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, bildet sich im Inneren einer galvanischen Zelle 1 als Reaktionswärme exothermer chemischer Reaktionen oder aufgrund anderer dissipativer Prozesse eine Wärmeproduktion 2 aus, die mit einer Temperaturerhöhung im Inneren der galvanischen Zelle verbunden ist, sofern die entstehende Wärme nicht durch eine entsprechend große Wärmeabgabe 3 über die äußeren Grenzen 1 der galvanischen Zelle abgeführt wird. Dabei steigt die Temperatur an, falls bzw. solange die Wärmeproduktion die Wärmeabgabe übersteigt. Die Temperatur fällt ab, falls bzw. solange die
Wärmeproduktion die Wärmeabgabe unterschreitet und sie bleibt gleich, falls bzw. solange die Wärmeproduktion der Wärmeabgabe entspricht.
Die Wärmeabgabe 3 einer galvanischen Zelle über ihre äußeren Grenzen wird dabei im Wesentlichen durch die Temperatur der galvanischen Zelle im Bereich der äußeren Grenzen, d.h. beispielsweise durch die Temperatur der Verpackungsfolie oder durch die Temperatur des Gehäuses bestimmt. Die Wärmeproduktion 2 im Inneren einer galvanischen Zelle erhöht jedoch zunächst die Temperatur im Inneren dieser galvanischen Zelle. Über Wärmetransportprozesse im Inneren der galvanischen Zelle, deren Umfang und Größe im Wesentlichen durch die Wärmeleitfähigkeit und in machen Fällen auch noch durch andere Phänomene wie beispielsweise Konvektionsströme bestimmt ist, kommt es zu einem Temperaturausgleich im Inneren der galvanischen Zelle, in dessen Folge sich die Temperatur im Inneren der galvanischen Zelle der Temperatur an den Grenzen der Zelle angleicht. Dieser Prozess erfolgt jedoch nicht instantan sondern ist in der Regel mit Verzögerungen verbunden, wobei die Verzögerungszeiten von den Wärmetransporteigenschaften des Materials im Inneren der galvanischen Zelle abhängen. Insbesondere im Vorfeld oder beim Auftreten eines sogenannten "thermal run away", also beispielsweise beim Ablauf schneller exothermer chemischer Reaktionen im Inneren der Zelle, reichen die Wärmetransportvorgänge im Inneren der galvanischen Zelle in der Regel nicht mehr aus, um ein Ansteigen der Temperatur im Inneren der galvanischen Zelle über eine kritische Grenz- temperatur zu verhindern.
In Batterien aus einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, wie sie schematisch in Figur 2 dargestellt ist, wird die Situation dadurch noch komplexer, dass die Zellen über benachbarte Zellgrenzen Wärmeströme 4, 5 austauschen. Ist bei- spielsweise die Wärmeproduktion 2b im Inneren einer galvanischen Zelle 1 b mit Nachbarzellen 1 a, 1 c größer als die Wärmeproduktion 2a, 2c in dem Nachbarzellen, dann werden, wenigstens nach einiger Zeit, die Wärmeströme 4 von der heißeren Zelle 1 b in die kälteren Zellen 1 a, 1 c, die Wärmeströme aus den kälteren Zellen in die wärmere Zelle überschreiten. Hierdurch kommt es zu einer Wärmezufuhr in die benachbarten Zellen 1 a, 1 c, die ebenfalls zu einer Überhitzung der benachbarten Zellen 1 a, 1 c führen kann, ohne dass die Wärmeproduktion 2a, 2c in diesen benachbarten Zellen allein eine Überhitzung dieser Zellen bewirken könnte. Durch diese Effekte kann es dazu kommen, dass eine sich überhitzende Zelle ihre Nachbarzellen ebenfalls überhitzt und dass sich so aus einer einzelnen Zelle im so genannten thermal run away über einen
Kaskadeneffekt eine Mehrzahl von benachbarten Zellen in einen thermal run away Zustand versetzen lässt.
Um die mit diesen Phänomenen verbunden Gefahren einer Überhitzung galvanischer Zellen in elektrochemischen Energiespeichern zu vermeiden, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass ein elektrochemischer Energiespeicher mit wenigstens einer räumlich begrenzten galvanischen Zelle eine Komponente oder eine Einrichtung enthält oder aufweist, die bei wenigstens lokaler Überschreitung einer Grenztemperatur im Inneren der galvanischen Zelle bewirkt, dass die Wärmeproduktion im Inneren der galvanischen Zelle auf oder unter die Wärmeabgabe dieser Zelle über ihre räumlichen Grenzen abfällt.
Figur 3 zeigt in schematischer Weise eine galvanische Zelle mit einem so genannten Elektrodenstapel aus positiven Elektroden 8 und negativen
Elektroden 9 mit dazwischenliegenden Separatoren 10, die einen Kurzschluss im Inneren der galvanischen Zelle verhindern. Durch die Separatoren hindurch fließt ein Strom 1 1 von Ionen, dem ein Strom von Elektronen zwischen den Abieitern 6, 7 entspricht.
Wie in Figur 4 schematisch dargestellt, führen diese lonenströme 1 1 zwischen den Elektroden durch die Separatoren 10 zu einer Wärmeproduktion und zu ent- sprechenden Wärmetransporten 12 aus dem Inneren an die Grenzen der galvanische Zelle. Im Normalbetrieb einer galvanischen Zelle reicht die Wärmeabgabe 3, also die Wärmeströme über die äußeren Grenzen der galvanischen Zelle aus dem Inneren in die Umgebung der Zelle aus, um die Temperatur der Zelle nicht auf kritische Werte ansteigen zu lassen.
Als Folge unterschiedlicher Störungen im Inneren einer galvanischen Zelle kann es jedoch zu lokalen Erhöhungen 13 der lonenstromdichte oder zu einer lokal erhöhten Ablaufgeschwindigkeit der elektrochemischen Reaktionen 13 kommen, mit der eine lokale Erhöhung der Temperatur in dem betroffenen Gebiet 14 ver- bunden ist. Diese Situation ist schematisch in Figur 5 dargestellt. Hält diese Situation über längere Zeiträume an und wird die Wärmeabgabe 12 nicht entsprechend erhöht, dann steigt die Temperatur in dem betroffenen Gebiet 14 weiter an und als Folge davon auch in anderen Gebieten der Zelle. Es hängt nun von der Geschwindigkeit der damit verbundenen dissipativen Prozesse ab, ob der Temperaturanstieg zu einem Ansteigen der Temperatur über die kritische Grenze führt oder nicht. Figur 6 zeigt in schematischer Weise einen erfindungsgemäßen elektronischen Energiespeicher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem lokal inhibierten lonentransport 15 und bzw. oder mit einer lokal inhibierten chemischen Reaktion 15. Figur 6 verdeutlicht insofern eine ganze Klasse von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die sich durch den Mechanismus zur Inhibierung der chemischen Reaktion oder eines Transportvorgangs unterscheiden. Die Inhibierung kann dabei auf recht unterschiedliche Weisen erfolgen. Eine erste Möglichkeit besteht darin, eine die bestimmungsgemäße Zellenreaktion störende Substanz in der galvanischen Zelle so unterzubringen, dass diese Substanz im normalen Betriebsfall nicht wirksam wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man dieses Reagenz in ein thermoplastisches Kapselmaterial einschließt, welches in der Nähe der Batterie- elektroden oder innerhalb der Separätorstrukturen untergebracht wird. Wählt man den Schmelzpunkt des thermoplastischen Einschlussmaterials in geeigneter Weise, dann ist es möglich, dass die elektrochemische Zellenreaktion störende Reagenz durch ein Schmelzen des thermoplastischen Materials dann frei zu setzen, wenn die Temperatur im Zelleninneren einen bestimmten
Grenzwert, nämlich den Schmelzpunkt des Materials, überschreitet.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Freisetzung des störenden
Reagenzes von der Größe des lonenstroms abhängig zu machen. Diese Ausführungsform der Erfindung ist mit dem Vorteil verbunden, dass eine
Inhibierung der chemischen Reaktion, welche eine Temperaturerhöhung bewirken würde, bereits erfolgen kann, bevor diese Temperaturerhöhung einen kritischen Wert erreicht hat. Hierdurch wird das Problem der verzögerten Temperaturangleichung innerhalb der Zelle umgangen oder entschärft. Diese Ausführungsform der Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft realisieren, wenn auf den Elektroden eine Beschichtung mit Kapseln aufgebracht ist, die das störende Reagenz enthalten, und welche das Reagenz freisetzen, wenn der lonenstrom über diese Elektrode einen bestimmten Wert überschreitet. Eine weitere Möglichkeit zur lokalen Inhibierung der Zellenreaktion besteht in der Verwendung von Elektrolyten, welche nicht flüssig sondern beispielsweise gelartig sind. Durch eine geeignete Wahl der chemischen Zusammensetzung solcher gelartigen Elektrolyten ist es möglich, die lonenleitfähigkeit eines solchen Elektrolyten unterhalb einer Grenztemperatur hoch zu halten und die lonenleitfähigkeit dieses Elektrolyten bei Erreichen oder oberhalb einer bestimmten Grenztemperatur so deutlich abfallen zu lassen, dass der Elektrolyt bei Erreichen oder oberhalb dieser Temperatur praktisch zu einem Isolator wird. Bei Verwendung derartiger gelartiger oder anderer nicht flüssige oder viskose
Elektrolyten ist es möglich, die elektrochemische Zellenreaktion lokal so stark zu unterdrücken, dass ein thermisches Durchgehen der Zelle vermieden werden kann. Für diese Zwecke eignen sich beispielsweise nicht flüssige oder viskose Elektrolyten, welche eine Dispersion eines reaktionsträgen, den lonentransport behindernden, Materials enthalten. Bevorzugt kommen hier organische
Polymere zum Einsatz.
Eine weitere Möglichkeit zur Inhibierung der Zellenreaktion einer galvanischen Zelle besteht darin, den Separator als poröses Substrat auszuführen und ihn, vorzugsweise an einer seiner Oberflächen, mit einem mit unter Wärmeeinwirkung schmelzbaren Material zu versehen. Vorzugsweise wird das unter Wärmeeinwirkung schmelzbare Material so auf die Oberfläche des Separators aufgebracht, dass offene Bereiche verbleiben, in denen ein lonentransport erfolgen kann. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das mit der Wärmeeinwirkung schmelzende Material in matrixförmiger Weise auf den Separator aufgebracht wird. Dieses unter Wärmeeinwirkung schmelzende Material schmilzt nun bei oder in der Nähe einer vorgegebenen Grenztemperatur, sodass die lonendurchlässigkeit des Substrats des Separators in bedeutender Weise herabgesetzt wird, wodurch die Zellenreaktion der galvanischen Zelle wirksam inhibiert wird. Figur 7 verdeutlicht eine weitere Klasse von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale auch mit den Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele kombinierbar sind. Bei dieser Klasse von Ausführungsbeispielen erfolgt eine lokal erhöhte Abfuhr der lokal erhöht produzierten Wärme mit Hilfe einer lokal erhöhten Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle.
Eine Möglichkeit zur Realisierung dieser Ausführungsformen der Erfindung besteht in der Unterbringung von Materialien im Zellinneren, deren Wärmeleit- fähigkeit mit ansteigender Temperatur zunimmt. Solche Materialien sind in verhältnismäßig großer Zahl bekannt und gut untersucht. Vorzugsweise werden dabei solche Materialien gewählt, die sich chemisch inert gegenüber den aktiven Komponenten der galvanischen Zelle verhalten. Solche Materialien können vorzugsweise als Dispersion oder als Lösung mit den übrigen Bestandteilen der galvanischen Zelle vermischt werden. Es ist aber auch möglich, derartige
Materialien beispielsweise in die Separatorstruktur zu mischen, damit ein derart präparierter Separator eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die mit ansteigender Temperatur zunimmt. Auf diese Weise ist es möglich, die Wärmeabgabe und den Wärmetransport der galvanischen Zelle bei ansteigender Temperatur zu erhöhen, sodass einem weiteren Ansteigen der Temperatur im Zellinneren entgegengewirkt wird.
Eine weitere Möglichkeit die Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle bei ansteigender Temperatur zu erhöhen besteht darin, geeignete Wärme- pumpen, beispielsweise Wärmepumpen vom Peltier-Typ, in geeigneter Weise in der Zelle unterzubringen, welche dann in der Lage sind, Wärme aktiv zu transportieren. Derartige Wärmepumpen können durch Sensorsignale mit Hilfe von Mikroprozessoren gesteuert sein, wobei diese Sensorsignale vorzugsweise im Zellinneren gemessene Temperaturen repräsentieren. Die Energieversorgung derartiger Wärmepumpen könnte vorzugsweise der zur stabilisierenden galvanischen Zelle selbst über ihre Elektroden oder ihre elektrischen Anschlussklemmen entnommen werden. Wärmepumpen, insbesondere vom Peltier-Typ, können vorzugsweise auch zur Verbesserung der Wärmeabgabe über die äußeren Grenzen der Zelle eingesetzt werden. Derartige Ausführungsformen der Erfindung, welche auch mit den Merkmalen anderer Ausführungsformen kombinierbar sind, werden durch die Darstellung der Figur 8 verdeutlicht. Im Bereich einer erhöhten Temperaturentwicklung 13, bedingt beispielsweise durch einen erhöhten lonentransport an dieser Stelle, kommt es zu einem erhöhten Wärmetransport 16 im Zellinneren an die äußeren Grenzen der Zelle. Bei diesen Ausführungsformen der Erfindung wird nun die an die äußeren Grenzen der Zelle transportierte Wärme durch geeignete Maßnahmen vermehrt über die äußeren Grenzen der Zelle abgeführt 17. So wird eine gegenüber anderen Bereichen der Zellgrenzen 18 erhöhte Wärmeabgabe 17 an den äußeren Grenzen der Zelle verwirklicht. Eine Möglichkeit dies zu erreichen besteht darin, Wärmepumpen, insbesondere vom Peltier-Typ, zur Verbesserung des Wärmetransports an den Zellgrenzen einzusetzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, kühlende Substanzen an den äußeren Grenzen im Außenbereich der galvanischen Zelle lokal so austreten zu lassen, dass eine erhöhte Wärmeabgabe an diese Substanz und damit an die Umgebung erfolgen kann. Besonders hierfür geeignet erscheinen gelartige Substanzen mit hoher Wärmekapazität und vorzugsweise einer hohen Verdunstungsrate. Gele eignen sich besonders zur Realisierung dieser Ausführungsformen, weil sie ein vorzeitiges Wegfließen der kühlenden flüssigen Bestandeile durch ihre gelartige Konsistenz verhindern. Wegen der großen Wärmekapazität von Wasser stellen Gele auf Wasserbasis eine bevorzugte
Realisierungsmöglichkeit dieser Ausführungsformen dar, falls der Verwendung von wasserhaltigen Substanzen keine anderen Gesichtspunkte wie beispielsweise eine mögliche starke chemische Reaktion mit Bestandteilen der galvanischen Zelle entgegenstehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektrochemischer Energiespeicher mit wenigstens einer galvanischen Zelle (1 , 1a, 1b, 1c), dadurch gekennzeichnet, dass diese galvanische Zelle eine Komponente oder eine Einrichtung enthält oder aufweist, die bei wenigstens lokaler Überschreitung einer Grenztemperatur im Inneren der galvanischen Zelle eine zumindest zeitweilige Reduktion der Wärmeproduktion (2, 2a, 2b, 2c) im Inneren der galvanischen Zelle oder/und eine zumindest zeitweilige Erhöhung der Wärmeabgabe (3, 4, 5) dieser Zelle an ihre Umgebung bewirkt. 2. Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die zumindest zeitweilige Reduktion der Wärmeproduktion (2, 2a, 2b, 2c) im Inneren der galvanischen Zelle oder/und die zumindest zeitweilige Erhöhung der Wärmeabgabe (3, 4, 5) dieser Zelle an ihre Umgebung durch eine wenigstens lokale Beeinflussung wenigstens einer chemischen Reaktion oder/und wenigstens eines Stofftransports im inneren der galvanischen Zelle durch die Komponente oder die Einrichtung bewirkt wird.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine chemische Reaktion oder/und wenigstens ein Stofftransport im Inneren der galvanischen Zelle wenigstens lokal inhibiert ( 5) wird.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle vorübergehend oder dauerhaft wenigstens lokal erhöht (16) wird.
5. Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Materialien im Inneren der galvanischen Zelle untergebracht sind, deren Wärmeleitfähigkeit mit ansteigender
Temperatur zunimmt.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit im Inneren der
galvanischen Zelle vorübergehend oder dauerhaft wenigstens lokal durch wenigstens eine Wärmepumpe im Inneren der galvanischen Zelle erhöht (16) wird.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe durch Sensorsignale gesteuert wird, die im Zellinneren gemessene Temperaturen repräsentieren.
Verfahren zur thermischen Stabilisierung eines elektrochemischen Energiespeichers mit wenigstens einer galvanischen Zelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komponente oder eine Einrichtung dieser galvanischen Zelle bei wenigstens lokaler Überschreitung einer Grenztemperatur im Inneren der galvanischen Zelle eine zumindest zeitweilige Reduktion der Wärmeproduktion (2, 2a, 2b, 2c) im Inneren der galvanischen Zelle oder/und eine zumindest zeitweilige Erhöhung der Wärmeabgabe (3, 4, 5) dieser Zelle an ihre Umgebung bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zeitweilige Reduktion der Wärmeproduktion (2, 2a, 2b, 2c) im Inneren der galvanischen Zelle oder/und die zumindest zeitweilige Erhöhung der Wärmeabgabe (3, 4, 5) dieser Zelle an ihre Umgebung durch eine wenigstens lokale Beeinflussung wenigstens einer
chemischen Reaktion oder/und wenigstens eines Stofftransports im Inneren der galvanischen Zelle durch die Komponente oder die
Einrichtung bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine chemische Reaktion oder/und wenigstens ein Stofftransport im Inneren der galvanischen Zelle wenigstens lokal inhibiert (15) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle vorübergehend oder dauerhaft wenigstens lokal erhöht ( 6) wird.
Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle vorübergehend oder dauerhaft wenigstens lokal durch Materialien im Inneren der galvanischen Zelle erhöht (16) wird, deren Wärmeleitfähigkeit mit ansteigender Temperatur zunimmt. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit im Inneren der galvanischen Zelle vorübergehend oder dauerhaft wenigstens lokal durch eine Wärmepumpe im Inneren der galvanischen Zelle erhöht (16) wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Wärmepumpe durch Sensorsignale gesteuert wird, die im Zellinneren gemessene Temperaturen repräsentieren.
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