JP2016517131A - リチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置及びこの安全装置を使用する車両、安全装置を使用する建物、安全装置を実施する方法 - Google Patents
リチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置及びこの安全装置を使用する車両、安全装置を使用する建物、安全装置を実施する方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】本発明は、リチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置に関し、電気化学発電機を収納する箱（１００）であって、箱は、電気化学発電機を導入可能な開口部（１３０）を備える箱（１００）と、箱の開口部（１３０）に気密に配置・設計されたカバー（２００）と、箱（１００）の壁の１つに位置する、またはカバー（２００）に位置するベントを形成する開口部（１２０）と、２つの開口部（３１１、３１２）を備える導管（３００）であって、１つの開口部（３１１）は、箱のベントを形成する開口部（１２０）に気密に接続・設計される導管（３００）と、区画室の壁の開口部及び導管の第２開口部（３１２）に気密に配置・設計された被覆部（４００）であって、しきい値圧力Ｐｓで裂ける部分（４１０）を備える被覆部（４００）とを備え、箱の壁、カバー、導管及び被覆部は、しきい値圧力Ｐｓよりも高い圧力までガスに対して密封を保証するように固定される。【選択図】図１
Description
この発明の技術分野は、リチウム電気化学発電機バッテリの技術分野である。
この発明は、より具体的には、リチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置に関する。
この発明は、より具体的には、リチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置に関する。
電気化学発電機は、化学エネルギが電気エネルギに変換される電気発生装置である。
化学エネルギは、電気化学発電機に配置された電極の少なくとも一面に堆積される電気化学的に活性な化合物から作られる。
電気エネルギは、電気化学発電機の放電中の電気化学反応によって生成される。
容器内に配置された電極は、電流出力端子に電気的に接続されている。
電流出力端子は、電極と、電気化学発電機が関連する電力消費源との間の電気的連続性を確保する。
正および負の電流出力端子は、電気化学発電機の容器の両対向面の両壁、またはその容器の同一面の壁のいずれかに、固定され得る。
化学エネルギは、電気化学発電機に配置された電極の少なくとも一面に堆積される電気化学的に活性な化合物から作られる。
電気エネルギは、電気化学発電機の放電中の電気化学反応によって生成される。
容器内に配置された電極は、電流出力端子に電気的に接続されている。
電流出力端子は、電極と、電気化学発電機が関連する電力消費源との間の電気的連続性を確保する。
正および負の電流出力端子は、電気化学発電機の容器の両対向面の両壁、またはその容器の同一面の壁のいずれかに、固定され得る。
いくつかの電気化学発電機は、電力消費源の定格動作電圧と、その消費源に供給されるように計画されているエネルギの量との関数として、直列にまたは並列に接続され得る。
その後、電気化学発電機は、一般に、箱およびカバーから構成された共有ハウジング内に配置され、ハウジングおよびハウジングが含む複数の電気化学発電機の組立体は、一般にバッテリと呼ばれる。
バッテリに配置された電気化学発電機間の電気的接続の便宜のために、正および負の出力電流端子は、多くの場合、容器の同一面の壁に固定されている。
その後、電気化学発電機は、一般に、箱およびカバーから構成された共有ハウジング内に配置され、ハウジングおよびハウジングが含む複数の電気化学発電機の組立体は、一般にバッテリと呼ばれる。
バッテリに配置された電気化学発電機間の電気的接続の便宜のために、正および負の出力電流端子は、多くの場合、容器の同一面の壁に固定されている。
バッテリの動作中における異常は、電気化学発電機の１つの機能不全（短絡、過負荷など）によって、または外部外乱（衝撃、温度上昇など）によって、またはバッテリの発電機の充電状態または他のパラメータを管理する電子システムの障害によって、引き起こされ得る。
例えば、リチウム電気化学発電機が過負荷にさらされる場合、その温度は上昇する。
温度上昇は、充電電流の増加を引き起こし、その増加は、温度上昇にさらに有利に働く。
発電機が、放出された熱を排出するのに十分な冷却システムを有しない場合、熱暴走状態にある。
温度上昇は、発電機自体によって供給される。
発電機の温度の制御されていない上昇は、ガスの生成および発電機の容器内でのガスの膨張を発生させる。
この膨張は、発電機内の内圧の増加を引き起こし得る。
この膨張は、ガス放出安全システムを開くであろう。
高温ガスであって、その温度が６５０℃に達し得る高温ガスが放出される場合、これらのガスは、バッテリの他の発電機に接触する。
バッテリの発電機のすべてに広がる熱暴走現象の危険性が存在し、この危険性は、バッテリの完全な破壊につながる。
この危険性は、リチウムイオンタイプの発電機の場合に特に高い。
温度上昇は、充電電流の増加を引き起こし、その増加は、温度上昇にさらに有利に働く。
発電機が、放出された熱を排出するのに十分な冷却システムを有しない場合、熱暴走状態にある。
温度上昇は、発電機自体によって供給される。
発電機の温度の制御されていない上昇は、ガスの生成および発電機の容器内でのガスの膨張を発生させる。
この膨張は、発電機内の内圧の増加を引き起こし得る。
この膨張は、ガス放出安全システムを開くであろう。
高温ガスであって、その温度が６５０℃に達し得る高温ガスが放出される場合、これらのガスは、バッテリの他の発電機に接触する。
バッテリの発電機のすべてに広がる熱暴走現象の危険性が存在し、この危険性は、バッテリの完全な破壊につながる。
この危険性は、リチウムイオンタイプの発電機の場合に特に高い。
バッテリシステムを単独で使用してガスを冷却する技術的解決法が、知られている。
しかし、これらは、現在のところ、一般的にベント孔を備えるガス放出安全システムの出力で十分に冷却されるためのガスに対して、ガスの十分な冷却を可能にすることができない。
その結果、これらの炎は、バッテリを統合する機器だけでなく、そのユーザにとって危険である。
しかし、これらは、現在のところ、一般的にベント孔を備えるガス放出安全システムの出力で十分に冷却されるためのガスに対して、ガスの十分な冷却を可能にすることができない。
その結果、これらの炎は、バッテリを統合する機器だけでなく、そのユーザにとって危険である。
この発明の目的は、まず、リチウム電気化学発電機によって放出された任意のガスを封じ込めること、次に、放出されたガスの自己着火の危険性だけでなく、その区画室のなんらかの汚染を避けるように、その区画室の外部にガスを放出することを可能にするリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置を提案することである。
そこで、この発明は、リチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置に関し、
区画室内に配置されるように設計され、かつ、複数のリチウム電気化学発電機を収納するように構成された箱であって、複数の組立壁と、電気化学発電機を導入することを可能にする開口部とを備えた箱と、
箱の開口部に気密に配置されるように設計され、電気化学発電機の導入を可能にするカバーと、
箱の組立壁の１つに位置し、またはカバーに位置するベントを形成する開口部と、
２つの開口部を備える導管であって、１つの開口部は、箱のベント形成開口部に気密に接続されるように設計されている、導管と、
区画室の壁の開口部と導管の２つ目の開口部とに気密に配置されるように設計された被覆部であって、しきい値圧力Ｐｓで裂けるように構成された部分を備える被覆部と、を備え、
箱の組立壁、カバー、導管および被覆部は、しきい値圧力Ｐｓよりも高い圧力までガスに対して密封を保証するように相互に固定され、リチウム電気化学発電機によって放出されるガスに接触可能な、箱、カバー、導管および密封部分の材料は、前記リチウム電気化学発電機によって放出されるガスに耐えるように寸法決めされ、かつ少なくとも１５０℃の温度に耐える材料である。
区画室内に配置されるように設計され、かつ、複数のリチウム電気化学発電機を収納するように構成された箱であって、複数の組立壁と、電気化学発電機を導入することを可能にする開口部とを備えた箱と、
箱の開口部に気密に配置されるように設計され、電気化学発電機の導入を可能にするカバーと、
箱の組立壁の１つに位置し、またはカバーに位置するベントを形成する開口部と、
２つの開口部を備える導管であって、１つの開口部は、箱のベント形成開口部に気密に接続されるように設計されている、導管と、
区画室の壁の開口部と導管の２つ目の開口部とに気密に配置されるように設計された被覆部であって、しきい値圧力Ｐｓで裂けるように構成された部分を備える被覆部と、を備え、
箱の組立壁、カバー、導管および被覆部は、しきい値圧力Ｐｓよりも高い圧力までガスに対して密封を保証するように相互に固定され、リチウム電気化学発電機によって放出されるガスに接触可能な、箱、カバー、導管および密封部分の材料は、前記リチウム電気化学発電機によって放出されるガスに耐えるように寸法決めされ、かつ少なくとも１５０℃の温度に耐える材料である。
このような、この発明に係るリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置は、ガス放出を保証することを可能にし、その結果、自己着火がなく、ガスの制御された放出だけでなく、バッテリの筺体、すなわちバッテリを囲む箱およびカバーの圧力変動への耐性を可能にする。
実際、この発明により、ガス放出は、導かれ、それにより、例えば、航空機キャビンまたは任意の他の区画室における、バッテリの環境へのガスの放出を避けることを可能にする。
したがって、安全装置のこのような構成は、ガス放出によって生成された過圧に耐えながら、バッテリを密閉して密封することを可能にする。
したがって、安全装置のこのような構成は、ガス放出によって生成された過圧に耐えながら、バッテリを密閉して密封することを可能にする。
この発明の記載において、「リチウム電気化学発電機」は、少なくとも１つの電極を備える発電機を指し、前記電極は、リチウムを挿入および／またはリチウムを除去できる材料から作られた、または、金属リチウムから作られた、電気化学的に活性な材料を備える。
一実施形態によれば、リチウム電気化学発電機は、Ｌｉイオン蓄電池、ポリマーＬｉ蓄電池、リチウムバッテリからなるリストの中から選択される。
リチウムバッテリの場合、電気化学的な対は、Ｌｉ／ＳＯ２Ｃｌ２、Ｌｉ／ＳＯＣｌ２、Ｌｉ／ＳＯ２、Ｌｉ／ＭｎＯ２、Ｌｉ／ＣＦｘ−ＭｎＯ２、Ｌｉ／ＦｅＳ２、Ｌｉ／Ｖ２０５、Ｌｉ／Ｉ２、Ｌｉ／ＳＶＯ（ＳＶＯは、「酸化銀＋五酸化バナジウム」を表す）からなるリストの中から、例えば選択される。
一実施形態によれば、リチウム電気化学発電機は、Ｌｉイオン蓄電池、ポリマーＬｉ蓄電池、リチウムバッテリからなるリストの中から選択される。
リチウムバッテリの場合、電気化学的な対は、Ｌｉ／ＳＯ２Ｃｌ２、Ｌｉ／ＳＯＣｌ２、Ｌｉ／ＳＯ２、Ｌｉ／ＭｎＯ２、Ｌｉ／ＣＦｘ−ＭｎＯ２、Ｌｉ／ＦｅＳ２、Ｌｉ／Ｖ２０５、Ｌｉ／Ｉ２、Ｌｉ／ＳＶＯ（ＳＶＯは、「酸化銀＋五酸化バナジウム」を表す）からなるリストの中から、例えば選択される。
この発明の記載において、「区画室」は、複数のリチウム電気化学発電機が配置され得る密閉された空間を指す。
区画室は、車両や建物の一部であり得る。
一般的に、区画室は、特定の乗客において、頻繁に人々を受け入れるように設計されている。
それは、また、例えば、リチウム電気化学発電機が配置された空間内の監視動作を実行するために、人々が時々通過し得る場所であり得る。
区画室は、車両や建物の一部であり得る。
一般的に、区画室は、特定の乗客において、頻繁に人々を受け入れるように設計されている。
それは、また、例えば、リチウム電気化学発電機が配置された空間内の監視動作を実行するために、人々が時々通過し得る場所であり得る。
この発明の記載において、「リチウム電気化学発電機によって放出されたガスに耐えるように寸法決めされた、前記リチウム電気化学発電機によって放出されたガスに接触し得る材料」は、ガスの所望の循環を可能にするように、かつ、被覆部がしきい値圧力Ｐｓで裂けるまで、環境に耐えるように、十分な時間の間、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスへの耐性を有する材料を指す。
この発明に係る安全装置の様々な部品に対するそのような材料の選択および寸法決めは、バッテリの仕様の関数としての、材料の種類、その厚さ、およびその他の関連パラメータを選択する方法を知っている当業者の一般的知識の範囲内にある。
この発明に係る安全装置の様々な部品に対するそのような材料の選択および寸法決めは、バッテリの仕様の関数としての、材料の種類、その厚さ、およびその他の関連パラメータを選択する方法を知っている当業者の一般的知識の範囲内にある。
この発明の記載において、「気密」は、密封された配置を示し、そこでは、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスが、しきい値圧力Ｐｓより高い圧力までに制限される。
密封された配置は、例えば、しきい値圧力Ｐｓの１．５倍よりも大きいまたはしきい値圧力Ｐｓの１．５倍に等しい前記ガスの内部圧力であって、例えば、しきい値圧力Ｐｓの２から５倍を含む圧力である内部圧力に、耐える。
密封された配置は、例えば、しきい値圧力Ｐｓの１．５倍よりも大きいまたはしきい値圧力Ｐｓの１．５倍に等しい前記ガスの内部圧力であって、例えば、しきい値圧力Ｐｓの２から５倍を含む圧力である内部圧力に、耐える。
すべての技術的に実現可能な解決策にしたがって組み合わせ得る別の実施形態によれば、しきい値圧力Ｐｓは、０．５ｂａｒから５ｂａｒの間に含まれ、例えば、１ｂａｒよりも大きいまたは１ｂａｒに等しい、および／または、２ｂａｒよりも小さいまたは２ｂａｒに等しい。
区画室の壁は、航空機のコックピットの一部であり、しきい値圧力Ｐｓは、１ｂａｒから５ｂａｒの間に含まれ、例えば、１．５ｂａｒよりも大きいまたは１．５ｂａｒに等しい、および／または、３ｂａｒよりも小さいまたは３ｂａｒに等しい。
安全装置のこの配置は、バッテリが航空機内に収納された場合に発生し得る高度の増加に関連するいかなる真空にも耐えるように、バッテリを取り囲むことを可能にする。
安全装置のこの配置は、バッテリが航空機内に収納された場合に発生し得る高度の増加に関連するいかなる真空にも耐えるように、バッテリを取り囲むことを可能にする。
導管は、硬質ホースまたは硬化フレキシブルホースである。
一実施形態によれば、ホースは、１０ｍｍから１００ｍｍの間に含まれる直径と、０．５０ｍから３ｍの間に含まれる長さとを、有する。
一実施形態によれば、ホースは、１０ｍｍから１００ｍｍの間に含まれる直径と、０．５０ｍから３ｍの間に含まれる長さとを、有する。
箱は、アルミニウムおよびその合金、鋼、チタンおよびその合金からなるリストの中から選択される材料から作られた複数の板によって構成され、前記板は、曲げられ、および／または相互に溶接される。
一実施形態によれば、曲げられ、および／または相互に溶接され、直方体形状に組み立てられた５つの板であって、箱の開口部と反対側の底板と、相互に対向して配置され、第１厚さｅ１を有する２つの側板と、相互に対向して配置され、第２厚さｅ２を有する他の２つの側板とを有する５つの板が、存在し、ベント形成開口部は、厚さｅ２を有する板の１つに形成され、厚さｅ１は、１から２ｍｍの間に含まれ、厚さｅ２は、厚さｅ１の１．５倍から３倍の間に含まれる。
一実施形態によれば、曲げられ、および／または相互に溶接され、直方体形状に組み立てられた５つの板であって、箱の開口部と反対側の底板と、相互に対向して配置され、第１厚さｅ１を有する２つの側板と、相互に対向して配置され、第２厚さｅ２を有する他の２つの側板とを有する５つの板が、存在し、ベント形成開口部は、厚さｅ２を有する板の１つに形成され、厚さｅ１は、１から２ｍｍの間に含まれ、厚さｅ２は、厚さｅ１の１．５倍から３倍の間に含まれる。
被覆部は、連続的に接続され、しきい値圧力Ｐｓで裂けるように構成された少なくとも１つの部分を形成する薄肉部分を備える。
別の実施形態によれば、薄肉部分は、前記薄肉部分がしきい値圧力Ｐｓで裂ける場合に、被覆部から少なくとも部分的に取り外すことができる部分の周りに閉曲線を形成する。
一実施形態によれば、閉曲線を形成する薄肉領域は、例えばＶ字形またはＵ字形の溝である。
別の実施形態によれば、薄肉部分は、前記薄肉部分がしきい値圧力Ｐｓで裂ける場合に、被覆部から少なくとも部分的に取り外すことができる部分の周りに閉曲線を形成する。
一実施形態によれば、閉曲線を形成する薄肉領域は、例えばＶ字形またはＵ字形の溝である。
被覆部は、複数の結合によって相互に接続された複数の材料で作られ、少なくとも１つの結合は、しきい値圧力Ｐｓで裂け得る。
安全装置は、また、導管を冷却する装置を備える。
この発明は、また、壁によって外部から分離された乗客区画室を備える車両に関し、外部に開口する開口部が形成され、上述した安全装置が、区画室内に配置され、被覆部が、前記開口部に気密に固定されている。
一実施形態によれば、車両は、航空機、鉄道輸送手段、道路交通手段、海上または河川輸送手段からなるリストから選択される。
これらは、動的な適用と呼ばれる。
この種類の装置では、車両を囲む外部は、一般的に、外気で構成されている。
外部が、もしかすると、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスを受けるように形成された限定空間で構成されたことは、それにもかかわらず考慮することが可能である。
一実施形態によれば、車両は、航空機、鉄道輸送手段、道路交通手段、海上または河川輸送手段からなるリストから選択される。
これらは、動的な適用と呼ばれる。
この種類の装置では、車両を囲む外部は、一般的に、外気で構成されている。
外部が、もしかすると、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスを受けるように形成された限定空間で構成されたことは、それにもかかわらず考慮することが可能である。
この発明は、また、壁によって外部から分離された区画室を備える建物に関し、外部に開口する開口部が形成され、上述した安全装置が、区画室内に配置され、被覆部が、前記開口部に気密に固定されている。
そのとき、区画室は、リチウム電気化学発電機バッテリが収納されている部分として画定される。
これらは、静的な適用と呼ばれる。外部は、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスを受け入れるように形成された第２室（または、限定空間）、または、バッテリが収納されている部屋を取り囲む外気から構成され得る。
そのとき、区画室は、リチウム電気化学発電機バッテリが収納されている部分として画定される。
これらは、静的な適用と呼ばれる。外部は、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスを受け入れるように形成された第２室（または、限定空間）、または、バッテリが収納されている部屋を取り囲む外気から構成され得る。
この発明は、また、上述した安全装置を実施する方法に関し、ガスが、箱内に配置された電気化学発電機によって放出された場合、ガスは、導管内で冷却され、かつ、ガスがしきい値圧力Ｐｓに到達した場合に被覆部の、しきい値圧力Ｐｓで裂けるように設計された部分の引き裂きを提供する。
これにより、この発明に係るリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置は、ガス放出を保証することを可能にすることができ、その結果、自己着火がなく、ガスの制御された放出だけでなく、バッテリの筺体、すなわちバッテリを囲む箱およびカバーの圧力変動への耐性を可能にすることができる。
図１および図２を踏まえて、この発明は、箱１００、カバー２００および導管３００を備えるリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置１に関する。
これらのリチウム電気化学発電機は、本質的に、定格使用中に密閉されている。
それにもかかわらず、それらは、故障または不適切な使用の場合に、高温のガスを放出し得る。
これらのリチウム電気化学発電機は、本質的に、定格使用中に密閉されている。
それにもかかわらず、それらは、故障または不適切な使用の場合に、高温のガスを放出し得る。
箱１００は、複数のリチウム電気化学発電機を収納するように構成された区画室内に配置されるように、設計されている。
箱内に配置された電気化学発電機の電極は、電極と、電気化学発電機が関連付けられている電気消費源との間の電気的連続性を確保する電流出力端子に、電気的に接続されている。
この場合、電流出力端子は、カバー２００に位置している。
箱内に配置された電気化学発電機の電極は、電極と、電気化学発電機が関連付けられている電気消費源との間の電気的連続性を確保する電流出力端子に、電気的に接続されている。
この場合、電流出力端子は、カバー２００に位置している。
箱１００は、この箱１００を接地することを可能にするスタッド１０２、１０４を備える。
これらは、図２に示されるように、電気化学発電機の箱１００の両対向面の両壁に、または箱１００の同一面の壁に、固定され得る。
これらは、図２に示されるように、電気化学発電機の箱１００の両対向面の両壁に、または箱１００の同一面の壁に、固定され得る。
さらに、箱１００は、図３に示されるように、組み立てられた複数の組立壁１１１、１１２、１１３、１１４、１１５を備える。
箱１００は、この箱１００の１つにおけるベント形成開口部である第１ベント形成開口部１２０と、電気化学発電機の導入を可能にする開口部である第２開口部１３０とを備える。
箱１００は、この箱１００の１つにおけるベント形成開口部である第１ベント形成開口部１２０と、電気化学発電機の導入を可能にする開口部である第２開口部１３０とを備える。
カバー２００は、箱１００の第２開口部１３０に気密に配置されるように設計され、発電機の導入を可能にする。
そのため、接続手段１０６は、ガスに対する密閉を保証しながら、箱１００とカバー２００との間の強固な締結を保証するために、カバー２００と箱１００との間で箱１００の第２開口部１３０の周囲に配置されている。
図３を踏まえて、この連結手段１０６は、例えば、箱１００とカバー２００との間の確実な締結を保証する複数の締結手段によって通された補強フレームを備える。
好ましくは、締結手段は、ネジである。
さらに、接続手段１０６は、ガスに対して密閉を保証するように構成された密閉を含む。
好ましくは、締結手段は、ネジである。
さらに、接続手段１０６は、ガスに対して密閉を保証するように構成された密閉を含む。
このような配置は、過圧に対する耐性だけでなく優れた密閉を保証することを可能にする。
さらに、締結手段としてのネジの使用は、装置を分解することを可能にしながら、信頼性のある締結を保証する。
さらに、締結手段としてのネジの使用は、装置を分解することを可能にしながら、信頼性のある締結を保証する。
他の接続手段は、過圧に対する耐性だけでなく優れた密閉を保証しながら、カバーと箱との間の接合部分を形成するように、考慮され得る。
この接合部分は、溶接、ストラップ、例えば、トグルラッチとして知られている切り替え可能なロッキングシステムであるロックシステムによって、作られ得る。
この接合部分は、溶接、ストラップ、例えば、トグルラッチとして知られている切り替え可能なロッキングシステムであるロックシステムによって、作られ得る。
導管３００は、２つの開口部３１１、３１２を備え、１つ目の開口部３１１は、箱１００の第１ベント形成開口部１２０に気密に接続されるように設計されている。
この導管３００は、電気化学発電機を統合する機器の外部にガスを放出することを可能にする。
導管３００は、好ましくは、連続的に２００℃の温度に耐える材料であって、金属、複合材料またはエラストマーであり、かつ、フッ素化ガスに対して耐性がある材料から作られる。
もちろん、材料が熱を多く伝えるほど、ガスの冷却がより多くなされ、その冷却は、自然対流による流れの熱交換容量に関連する。
もちろん、材料が熱を多く伝えるほど、ガスの冷却がより多くなされ、その冷却は、自然対流による流れの熱交換容量に関連する。
さらに、導管３００内で循環するガスのこの冷却は、例えば、強制対流によって、すなわち、導管３００にわたってパルス状の冷却空気流を送ることによって、または、交換型の別の冷却手段、例えば、液体冷却回路によって、最適化され得る。
有利には、導管３００は、また、硬質ホースまたは硬化フレキシブルホースである。
「硬質ホース」は、標準的使用条件の下で変形できず、例えば、人が手でそのホースをねじろうとしても、大きく変形しない。
硬質ホースの一例は、金属ホース、例えば、チタンホースであって、その壁の厚さが０．５ｍｍから５ｍｍの間に含まれるチタンホースである。
硬質ホースの一例は、金属ホース、例えば、チタンホースであって、その壁の厚さが０．５ｍｍから５ｍｍの間に含まれるチタンホースである。
「フレキシブルホース」は、例えば、手で容易に曲げられ得るホースを指す。
硬化フレキシブルホースは、標準的使用条件の下で変形することを困難にする外部構造によって硬化されたフレキシブルホースで構成されている。
このような構造は、例えば、フレキシブルホースを囲む鞘、格子、または金属ワイヤから作られ得る。
硬化フレキシブルホースは、標準的使用条件の下で変形することを困難にする外部構造によって硬化されたフレキシブルホースで構成されている。
このような構造は、例えば、フレキシブルホースを囲む鞘、格子、または金属ワイヤから作られ得る。
好ましくは、ホースの直径は、１０ｍｍから１００ｍｍの間に含まれ、その長さは、０．５０ｍから３ｍの間に含まれる。
寸法決めは、要素によって放出されるガスの容量とガスの温度との間の妥協から生じる。
この容量および温度は、電気化学要素の種類、平均ガス流速、ベントの管の直径、および導管の長さに依存する。
寸法決めは、要素によって放出されるガスの容量とガスの温度との間の妥協から生じる。
この容量および温度は、電気化学要素の種類、平均ガス流速、ベントの管の直径、および導管の長さに依存する。
導管３００のこの構成は、箱１００の第１ベント形成開口部１２０に気密に接続されるように設計された１つ目の開口部３１１と反対側の導管３００の端部の２つ目の開口部３１２で、ガスの十分な冷却を保証することを可能にする。
したがって、そのような導管３００は、機器が閉じ込められた環境での漏出なしに、電気化学発電機を統合する機器の外部へのガスの放出を得ることを可能にする。
安全装置１は、また、区画室の組立壁１１５の第１ベント形成開口部１２０と、導管３００の２つ目の開口部３１２との間の接合部分に、定格運転中に気密に配置されるように設計された被覆部４００を備える。
被覆部４００は、Ｐｓで表記されたしきい値圧力で裂けるように構成された部分４１０を備える。
もちろん、このしきい値圧力Ｐｓは、導管３００が耐え得る圧力よりも小さい。被覆部４００が、さらに、以下で説明されるだろう。
被覆部４００は、Ｐｓで表記されたしきい値圧力で裂けるように構成された部分４１０を備える。
もちろん、このしきい値圧力Ｐｓは、導管３００が耐え得る圧力よりも小さい。被覆部４００が、さらに、以下で説明されるだろう。
箱１００の組立壁１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、カバー２００および被覆部４００は、しきい値圧力Ｐｓを超える圧力までガスに対して密閉を保証するために、相互に固定されている。
好ましくは、しきい値圧力Ｐｓは、０．５ｂａｒから５ｂａｒの間に含まれ、例えば、１ｂａｒよりも大きいかまたは１ｂａｒに等しく、および／または２ｂａｒよりも大きいかまたは２ｂａｒに等しい。
好ましくは、区画室の壁は、航空機のコックピットの部分であり、しきい値圧力Ｐｓは、１ｂａｒから５ｂａｒの間に含まれる。
例えば、しきい値圧力Ｐｓは、１．５ｂａｒよりも大きいまたは１．５ｂａｒに等しく、および／または３ｂａｒよりも小さいまたは３ｂａｒに等しい。
例えば、しきい値圧力Ｐｓは、１．５ｂａｒよりも大きいまたは１．５ｂａｒに等しく、および／または３ｂａｒよりも小さいまたは３ｂａｒに等しい。
さらに、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスと接触され得る、箱１００、カバー２００、導管３００および密封部分の材料は、前記リチウム電気化学発電機によって放出されたガスに耐えるように寸法決めされ、かつ少なくとも１５０℃の温度に耐えることができる材料である。
リチウム電気化学発電機によって放出されたガスと接触し得る材料の例は、アルミニウムおよびその合金、銅およびその合金、真鍮、ニッケルメッキ鋼、ステンレス鋼、チタンおよびその合金、ニッケルおよびその合金、ポリオレフィン、フッ素化ポリマー、飽和ポリエステル、フェノール樹脂、ポリアミド、アラミド、エポキシ樹脂、ニトリル、シリコーンである。
次の試験を行うことにより、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスと接触し得る他の材料を選択することも可能である。
試験される材料の試料は、Ｌｉイオン型（例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびエチレンカーボネート（ＥＣ）およびリチウム塩ＬｉＰＦ６を含む濃度１．５Ｍの溶媒の混合物からなる電解液）の電気発電機に使用される非水電解液中に、２１日の期間の間、６０℃の温度で、浸漬される。
試料の質量損失が測定され、試料の完全性が維持されているかどうかが観察される。
観察は、また、中間の期間中に、例えば、７日および／または１４日後に、行われ得る。
観察は、また、中間の期間中に、例えば、７日および／または１４日後に、行われ得る。
材料は、その質量損失が、浸漬の２１日後に、１０％よりも小さいまたは１０％に等しい、好ましくは、５％よりも小さいまたは５％に等しい場合、リチウム電気化学発電機によって放出されたガスと接触し得ると考えられ、亀裂が試料を通じて観察されない限りにおいて、その完全性が保存される。
一実施形態によれば、箱１００は、例えば、アルミニウムやその合金、鋼、チタンおよびその合金のような材料から作られた複数の板によって形成される。
さらに、前記板は、曲げられ、および／または相互に溶接される。
さらに、前記板は、曲げられ、および／または相互に溶接される。
好ましくは、直方体形状に、曲げられ、および／または相互に溶接され、箱１００の第２開口部１３０と反対側の組立壁である底板１１１を有する５つの板が、存在する。
第１厚さｅ１を有する２つの組立壁である側板１１２、１１３は、相互に対向して配置されている。
第２厚さｅ２を有する他の２つの組立壁である側板１１４、１１５は、また、相互に対向して配置されている。
第１ベント形成開口部１２０は、厚さｅ２を有する板の１つに形成されている。
厚さｅ１は、１から２ｍｍの間に含まれ、厚さｅ２は、厚さｅ１の１．５倍から３倍の間に含まれる。
第１厚さｅ１を有する２つの組立壁である側板１１２、１１３は、相互に対向して配置されている。
第２厚さｅ２を有する他の２つの組立壁である側板１１４、１１５は、また、相互に対向して配置されている。
第１ベント形成開口部１２０は、厚さｅ２を有する板の１つに形成されている。
厚さｅ１は、１から２ｍｍの間に含まれ、厚さｅ２は、厚さｅ１の１．５倍から３倍の間に含まれる。
板の異なる厚さを組み合わせる箱１００のこの配置は、最適化された質量を有しながら、過圧に対する良好な耐性を得ることを可能にする。
さらに、この発明に係る安全装置を備えた航空機の場合、箱１００のこの配置は、また、着陸、離陸、および高所での飛行に関連する圧力／真空サイクルに対する良好な耐性を得ることを可能にする。
さらに、この発明に係る安全装置を備えた航空機の場合、箱１００のこの配置は、また、着陸、離陸、および高所での飛行に関連する圧力／真空サイクルに対する良好な耐性を得ることを可能にする。
特権的な方法で、被覆部４００が連続して形成されている。
被覆部４００は、しきい値圧力Ｐｓで裂けるのに適した少なくとも１つの部分を形成する薄肉部分４１０を備える。
これらの薄肉部分４１０は、脆弱な領域を形成する。
薄肉部分４１０の厚さおよび形状は、安全装置１内の、特に、被覆部４００での導管３００内の圧力が、所定のしきい値Ｐｓを超えた場合に、薄肉部分４１０の引き裂きを生じさせるように計算されている。
被覆部４００は、しきい値圧力Ｐｓで裂けるのに適した少なくとも１つの部分を形成する薄肉部分４１０を備える。
これらの薄肉部分４１０は、脆弱な領域を形成する。
薄肉部分４１０の厚さおよび形状は、安全装置１内の、特に、被覆部４００での導管３００内の圧力が、所定のしきい値Ｐｓを超えた場合に、薄肉部分４１０の引き裂きを生じさせるように計算されている。
一実施形態によれば、被覆部４００は、例えば、アルミニウムおよびその合金、銅およびその合金、真鍮、ニッケルメッキ鋼、ステンレス鋼、チタンおよびその合金、ニッケルおよびその合金からなるリストから選択される金属から、作られている。
例えば、かつ、有利に、被覆部４００は、前記薄肉部分４１０がしきい値圧力Ｐｓで裂ける場合に被覆部４００から少なくとも部分的に取り外されることが可能な部分４２０の周りで閉じられた曲線を形成する。
図示の非限定的な例では、曲線は、円である。
図示の非限定的な例では、曲線は、円である。
例えば、閉曲線を構成する薄肉部分４１０は、例えば、Ｖ字型またはＵ字型の、溝である。
別の例によれば、被覆部４００は、複数の結合によって相互に接続された複数の材料から作られ、少なくとも１つの結合は、しきい値圧力Ｐｓで裂けるように適合されている。
このような被覆部４００は、例えば、第１材料からなるリング、例えば、金属リングから作られ得る。
第１材料上にまたは第１材料内に、第２材料、例えば、有機材料の板またはフィルムが、固定されている。
このような被覆部４００は、例えば、第１材料からなるリング、例えば、金属リングから作られ得る。
第１材料上にまたは第１材料内に、第２材料、例えば、有機材料の板またはフィルムが、固定されている。
動作中に、ガスが、この発明に係る安全装置１の箱１００内に配置された電気化学発電機によって放出された場合、ガスは、箱１００の第１ベント形成開口部１２０を介して「脱出し」、被覆部４００が位置する導管３００の２つ目の開口部３１２に向けて導管３００内を循環する。
ガスは、導管３００内で冷却され、そこに蓄積し、それにより、安全装置１内の、特に被覆部４００での圧力を増加させる。
安全装置１内のガスの過圧は、被覆部４００に、安全装置１の外側に向けられた推力を生成する。
ガスは、導管３００内で冷却され、そこに蓄積し、それにより、安全装置１内の、特に被覆部４００での圧力を増加させる。
安全装置１内のガスの過圧は、被覆部４００に、安全装置１の外側に向けられた推力を生成する。
ガスがしきい値圧力Ｐｓに到達した場合、推力は、そのしきい値圧力Ｐｓで破断するように適合された被覆部の一部を引き裂くことによって、被覆部４００の脆弱な薄肉部分４１０を破壊させる。
その後、ガスは、機器が閉じ込められた環境での漏出なしに、区画室の壁の開口部を通って、すなわち、電気化学発電機を統合する機器の外部へ、逃げることができる。
その後、ガスは、機器が閉じ込められた環境での漏出なしに、区画室の壁の開口部を通って、すなわち、電気化学発電機を統合する機器の外部へ、逃げることができる。
この発明は、また、壁によって外部から分離された区画室を備える車両に関し、壁に、外部に開口する開口部が形成されている。
例えば、車両は、航空機、鉄道輸送手段、道路輸送手段、または海上または河川輸送手段である。
例えば、車両は、航空機、鉄道輸送手段、道路輸送手段、または海上または河川輸送手段である。
この発明によれば、車両は、また、区画室内に配置された上述した安全装置１を備え、安全装置１の被覆部４００は、前記開口部で前記ガスに対して気密に固定されている。
この発明は、また、上述した車両を備える任意の建物に関する。
したがって、この発明は、バッテリシステム内の水または他の異物の非侵入を保証し、その全寿命を通じて、その完全性を保証する。
このように、この発明に係る安全装置１は、望ましくない出来事を制御することにより、バッテリが、特に、航空または水面下の適用において、圧力変動を受ける場合に、ユーザのためにバッテリの性能および完全な安全性を保証することができる。
このように、この発明に係る安全装置１は、望ましくない出来事を制御することにより、バッテリが、特に、航空または水面下の適用において、圧力変動を受ける場合に、ユーザのためにバッテリの性能および完全な安全性を保証することができる。
さらに、安全装置１の特定の配置は、航空および／または水面下の適用のための利点である、軽量、したがって、特定のコンパクトさを与える。
出願人は、この発明に係る安全装置１の試験を実行した。
安全装置１の導管３００は、３０ｍｍの直径、１．４０ｍの長さを有するシリコーンホースであり、安全装置の壁は、５ｍｍの厚さを有する。
安全装置１の導管３００は、３０ｍｍの直径、１．４０ｍの長さを有するシリコーンホースであり、安全装置の壁は、５ｍｍの厚さを有する。
選択された被覆部４００は、商用基準Ｃ９０ｒｂ２，６−０５ｖ ＤＮ ５０（真空耐性で、ＳＳ３１６で作られた維持リング、平坦複合ディスク、モネル（断片化）密閉膜を備え、その外径が９０ｍｍであり、その破断直径が５０ｍｍである。）に耐える、会社ＨＥＬＹＯＮによって市販される破裂ディスクである。
導管３００と被覆部４００との間だけでなく、箱１００と被覆部４００との間の接合は、ネジで締めつけられたステンレス鋼カラーによって確保されている。
これらの接合は、航空分野で使用される規格ＡＢＳ０３９５の要件を遵守する。
これらの接合は、航空分野で使用される規格ＡＢＳ０３９５の要件を遵守する。
試験は、バッテリ筐体のデッドスペースで測定された最高温度が、約４９０℃であり、一方、導管３００の出口で、２７０℃であることを示した。
それによって、正確に寸法決めされた導管３００が、ガスの著しい冷却を可能にすることを示した。
このようにして、導管３００の出口でのガスの非着火を保証するように、安全マージンの根拠を与える。
フッ素化ガスの着火温度は、約３５０℃である。
それによって、正確に寸法決めされた導管３００が、ガスの著しい冷却を可能にすることを示した。
このようにして、導管３００の出口でのガスの非着火を保証するように、安全マージンの根拠を与える。
フッ素化ガスの着火温度は、約３５０℃である。
また、バッテリ筐体が熱暴走によって生成されるガスの過圧を維持することができ、かつ、導管３００が、特定されかつ制御された出口に向かってガスを抜き出すことを可能にすることが、示された。
さらに、これらのテストは、バッテリの筐体、すなわち、箱１００、カバー２００および導管３００が、被覆部４００の破断の圧力よりも大きな過圧に耐えることが可能であることを示している。
これらの試験では、被覆部４００は、４ｂａｒのしきい値圧力で裂けるように適合された部分を備えた、被覆部４００のみが、その圧力の下で崩れた。
これらの試験では、被覆部４００は、４ｂａｒのしきい値圧力で裂けるように適合された部分を備えた、被覆部４００のみが、その圧力の下で崩れた。
もちろん、この発明は、記載されかつ示された実施例および実施形態に限定されるものではなく、逆に、当業者に利用可能な多くの代替物に開放されている。
１ リチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置
１００ 箱
２００ カバー
３００ 導管
４００ 被覆部
１００ 箱
２００ カバー
３００ 導管
４００ 被覆部
Claims (16)
- リチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置（１）であって、
区画室内に配置されるように設計され、かつ、複数のリチウム電気化学発電機を収納するように構成された箱（１００）であって、複数の組立壁（１１１、１１２、１１３、１１４、１１５）と、電気化学発電機を導入することを可能にする開口部（１３０）とを備えた箱（１００）と、
前記箱（１００）の前記開口部（１３０）に気密に配置されるように設計され、前記電気化学発電機の導入を可能にするカバー（２００）と、
前記箱（１００）の前記組立壁（１１１、１１２、１１３、１１４、１１５）の１つに位置し、または、前記カバー（２００）に位置するベント形成開口部（１２０）と、
２つの開口部（３１１、３１２）を備える導管（３００）であって、１つ目の開口部（３１１）は、前記箱（１００）の前記ベント形成開口部（１２０）に気密に接続されるように設計されている、導管（３００）と、
前記区画室の壁の開口部と前記導管（３００）の２つ目の開口部（３１２）とに気密に配置されるように設計された被覆部（４００）であって、しきい値圧力Ｐｓで裂けるように適合された部分（４１０）を備える被覆部（４００）と、を備え、
前記箱（１００）の前記組立壁（１１１、１１２、１１３、１１４、１１５）、前記カバー（２００）、前記導管（３００）および前記被覆部（４００）は、前記しきい値圧力Ｐｓよりも高い圧力まで、ガスに対して密封を保証するように相互に固定され、前記リチウム電気化学発電機によって放出される前記ガスに接触可能な、前記箱（１００）、前記カバー（２００）、前記導管（３００）および密封部分の材料は、前記リチウム電気化学発電機によって放出される前記ガスに耐えるように寸法決めされ、かつ少なくとも１５０℃の温度に耐える材料である、ことを特徴とするリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。 - 前記しきい値圧力Ｐｓは、０．５ｂａｒから５ｂａｒの間に含まれ、例えば、１ｂａｒよりも大きいまたは１ｂａｒに等しい、および／または、２ｂａｒよりも小さいまたは２ｂａｒに等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 前記区画室の前記壁は、航空機のコックピットであり、前記しきい値圧力Ｐｓは、１ｂａｒから５ｂａｒの間に含まれ、例えば、１．５ｂａｒよりも大きいまたは１．５ｂａｒに等しい、および／または、３ｂａｒよりも小さいまたは３ｂａｒに等しい、ことを特徴とする請求項１または２に記載の安全装置。
- 前記導管（３００）は、硬質ホースまたは硬化フレキシブルホースである、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 前記ホースは、１０ｍｍから１００ｍｍの間に含まれる直径と、０．５０ｍから３ｍの間に含まれる長さとを有する、請求項１から４のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 前記箱（１００）は、アルミニウムおよびその合金、鋼、チタンおよびその合金からなるリストの中から選択される材料から作られた複数の板によって形成され、前記板は、曲げられ、および／または相互に溶接される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 曲げられ、屈曲および／または相互に溶接され、直方体形状に組み立てられた５つの板であって、前記箱の開口部（１３０）と反対側の底板（１１１）と、相互に対向して配置され、第１厚さｅ１を有する２つの側板（１１２、１１３）と、相互に対向して配置され、第２厚さｅ２を有する２つの他の側板（１１４、１１５）とを有する５つの板が、存在し、前記ベント形成開口部（１２０）は、厚さｅ２を有する前記板の１つに形成され、前記厚さｅ１は、１から２ｍｍの間に含まれ、前記厚さｅ２は、前記厚さｅ１の１．５倍から３倍の間に含まれる、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 前記被覆部（４００）は、連続的に接続され、前記しきい値圧力Ｐｓで裂けるように構成された少なくとも１つの部分を形成する薄肉部分（４１０）を備える、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 薄肉部分（４１０）は、この薄肉部分（４１０）が前記しきい値圧力Ｐｓで裂ける場合に、前記被覆部から少なくとも部分的に取り外すことが可能な部分（４２０）の周りに閉曲線を形成する、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 閉曲線を形成する前記薄肉部分（４１０）は、例えば、Ｖ字型またはＵ字型の、溝である、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 前記被覆部（４００）は、複数の結合によって相互に接続された複数の材料で作られ、少なくとも１つの結合は、前記しきい値圧力Ｐｓで裂け得る、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 前記導管（３００）を冷却する装置も備える、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置。
- 壁によって外部から分離された乗客区画室を備える車両であって、前記壁内に、前記外部に開口する開口部が形成され、請求項１から１２のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置が、前記区画室内に配置され、前記安全装置の前記被覆部は、前記開口部に気密に固定されている、ことを特徴とするリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置を使用する車両。
- 前記車両は、航空機、鉄道輸送手段、道路交通手段、海上または河川輸送手段からなるリストから選択される、ことを特徴とする請求項１３に記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置を使用する車両。
- 壁によって、外部から分離された区画室を備える建物であって、前記壁内に、前記外部に開口する開口部が形成され、請求項１から１２のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置が、前記区画室内に配置され、前記安全装置の前記被覆部は、前記開口部に気密に固定されている、ことを特徴とするリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置を使用する建物。
- ガスが、前記箱（１００）内に配置された前記電気化学発電機によって放出された場合、前記ガスは、前記導管（３００）内で冷却され、前記ガスが前記しきい値圧力Ｐｓに到達した場合に前記被覆部（４００）の前記しきい値圧力Ｐｓで裂けるように設計された前記部分の引き裂きを発生させる、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載のリチウム電気化学発電機バッテリ用の安全装置を実施する方法。
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