WO2016087194A2 - Storage battery assembly for a vehicle - Google Patents

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WO2016087194A2
WO2016087194A2 PCT/EP2015/076864 EP2015076864W WO2016087194A2 WO 2016087194 A2 WO2016087194 A2 WO 2016087194A2 EP 2015076864 W EP2015076864 W EP 2015076864W WO 2016087194 A2 WO2016087194 A2 WO 2016087194A2
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Andreas Graefenstein
Markus Beylich
Marcel Mayer
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Mann+Hummel Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an accumulator arrangement for a vehicle, wherein the accumulator arrangement comprises a metal-air accumulator.
  • Metal-air accumulators are particularly suitable for mobile applications, such as for motor vehicles due to their achievable high energy density.
  • An example of metal-air batteries are lithium-air batteries. Their mode of operation is briefly explained below.
  • a positive lithium ion is released via an electrolyte to a carbon cathode on a lithium anode with the delivery of an electron.
  • the carbon cathode reacts in a reduction process, the lithium ion with oxygen first to lithium oxide and then to lithium peroxide.
  • the carbon cathode is coated with a catalyst, highly porous and therefore has a very large surface area.
  • Oxygen is released at the carbon cathode, metallic lithium is deposited at the lithium anode.
  • US 2012/0040253 A1 describes a method and a system in which the charge air enriched with oxygen exhaust air of a metal-air battery is stored. When discharging the metal-air accumulator this is the stored oxygen-enriched exhaust air supplied again.
  • an accumulator assembly for a vehicle with a metal-air accumulator, a processing device for processing oxygen-enriched exhaust air of the metal-air accumulator and a control device is proposed.
  • the control device is coupled to a sensor device for determining the oxygen content in a space of the vehicle and is configured to actuate a valve device in dependence on sensor signals of the sensor device in such a way. that the exhaust air is introduced into the room when the oxygen content in the room is below a predetermined set point.
  • the oxygen released during charging of the metal-air accumulator can be used to improve the air in the room.
  • a certain excess of oxygen can be set in the space in relation to the environment.
  • an improvement in concentration ability and / or responsiveness, delayed fatigue, or easier breathing in a disease of persons in the room can be achieved.
  • discharging the oxygen-enriched exhaust air from the metal-air battery accumulator an increase in the concentration of oxygen in the region of the metal-air accumulator or in its immediate surroundings is avoided. As a result, the formation of an ignitable gas mixture is prevented. This increases the reliability of the accumulator assembly.
  • the metal-air battery preferably has an anode or first electrode made of a metal block and a cathode or second electrode made of mesoporous carbon.
  • the metal-air battery is a lithium-air battery.
  • the metal-air battery can also be a silicon-air battery mulator.
  • the accumulator arrangement is particularly suitable for vehicles such as motor vehicles, trucks, motorcycles, aircraft, construction vehicles, rail vehicles and watercraft. In addition, the accumulator arrangement can be used in immobile applications such as in building technology or the like.
  • the treatment device is configured to filter out particles from the exhaust air.
  • the treatment device may comprise a particle filter.
  • the particle filter is particularly suitable for particle filtration. That is, the particulate filter is preferably configured to mechanically retain particles contained in the exhaust air, such as dust or the like.
  • the particle filter can comprise a filter medium made of paper and / or plastic. Furthermore, the filter medium may be coated, impregnated and / or provided with a nanofiber layer.
  • the treatment device is adapted to chemically filter the exhaust air.
  • the conditioning device may comprise a filter element. which is adapted to purify the exhaust air of noxious gases or undesirable reaction products that arise when unloading the metal-air battery.
  • the treatment device is adapted to condition a humidity of the exhaust air.
  • the treatment device can be set up to condition the air humidity of the exhaust air in such a way that it has a predetermined relative air humidity.
  • the treatment device may be configured to humidify the exhaust air.
  • the treatment device may comprise a filter element which is adapted to extract moisture from the exhaust air.
  • the filter element may comprise a desiccant such as silica beads.
  • the silica beads may be scattered on a filter medium of the filter element and glued to it.
  • the filter medium may be constructed in layers, wherein, for example, between two nonwoven layers, a layer of silica beads may be arranged.
  • the filter medium may comprise an absorber material, in particular a so-called superabsorber, a functionalized membrane or the like.
  • the treatment device is adapted to adapt a pressure level of the exhaust air to a pressure level of the room.
  • the processing device may have a pressure control element.
  • the pressure regulating element may be configured to increase or decrease the pressure of the exhaust air.
  • the treatment device is adapted to add scents to the exhaust air.
  • the treatment device can be configured to deliver concentration-promoting, disinfecting, antibacterial and / or fungicidal substances to the exhaust air.
  • a further valve device of the accumulator arrangement can be controlled by the control device such that the exhaust air can be conducted when discharging the lithium-air accumulator into the environment and when loading the lithium-air accumulator into the processing device.
  • the valve device is preferably a multi-way valve.
  • the valve device may be a solenoid valve.
  • the accumulator assembly includes a vent control device configured to vent the space in response to sensor signals from the sensor device when the oxygen content in the space is above the predetermined set point. This can prevent too high an oxygen concentration in the room.
  • the ventilation control device be adapted to control an electric window or a ventilation flap.
  • control device is configured to control the valve device in dependence on sensor signals of the sensor device such that the exhaust air is introduced into the environment or into a storage device when the oxygen content in the space is above the predetermined desired value.
  • the storage device which may be for example a pressure tank
  • the oxygen-enriched exhaust air may for example be stored until it is supplied to the metal-air battery when it is discharged.
  • the accumulator arrangement comprises a filter device upstream of the metal-air accumulator, which is set up to purify supply air of particles and / or noxious gases fed to the metal-air accumulator and / or to condition a humidity of the supply air in this way, that the supply air has a predetermined relative humidity.
  • the filter device is adapted to filter out harmful gases such as sulfur oxides SO x , ammonia NH 3 , nitrogen oxides NO x , hydrogen sulfide H 2 S, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 chemically from the supply air.
  • the filter device is preferably also configured to condition the supply air supplied to the metal-air accumulator such that the supply air has a predetermined relative air humidity.
  • the filter device is adapted to withdraw the supply air, the entire moisture or to ensure a defined and consistent level of humidity.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a metal-air accumulator in a state of charge
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of the metal-air accumulator according to FIG. 1 in a discharge state
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of another embodiment of a metal-air accumulator in a discharge state
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of another embodiment of a metal-air accumulator in a discharge state; and Fig. 5 is a schematic view of an embodiment of a storage battery assembly.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a metal-air accumulator 1 in a state of charge.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of the metal-air battery 1 in a discharge state.
  • the metal-air accumulator 1 has an anode made of metal, in particular of lithium Li, or first electrode 2 and a cathode or second electrode 3. In the following, only lithium-air batteries 1 will be discussed explicitly.
  • the second electrode 3 is made of mesoporous carbon C and not directly involved in the electrochemical process.
  • Mesoporous solids as defined by the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), are porous materials with a pore diameter between 2 nm and 50 nm. Carbon C serves as an electrical conductor and terminal, and the mesoporous structure maximizes the surface area Reaction of oxygen 0 2 with lithium ions Li + in the region of the second electrode 3 to facilitate.
  • the first electrode 2 consists of a block of metallic lithium Li.
  • the first electrode 2 may be made of another metal such as silicon.
  • an electrolyte 4 which depending on the embodiment of the lithium-air battery 1 liquid, in particular water-based, or may be solid. In the latter case, there is a solid-state accumulator.
  • the electrolyte 4 may be an organic liquid that does not react with the lithium Li.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an embodiment of a lithium-air rechargeable battery 1 with a water-based electrolyte 4.
  • a first electrode 2 and the aqueous electrolyte 4 are present Protective layer 5 is provided.
  • Protective layer 5 may be a glass-ceramic layer resting on the metallic lithium Li.
  • the protective layer 5 is a so-called LiSICON layer (LiM 2 (P0) 3 ).
  • the protective layer 5 allows the lithium Li to remain stable in the aqueous environment.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an embodiment of a hybrid lithium-air battery 1.
  • an organic electrolyte 4 is arranged between the first electrode 2 and the protective layer 5
  • an aqueous electrolyte 4 is arranged between the protective layer 5 and the second electrode 3.
  • the basic operating principle in all types of lithium-air batteries 1 is substantially identical.
  • a positive lithium ion Li + is released via the electrolyte 4 to the second electrode 3 at the first electrode 2, emitting an electron e " , where the lithium ion Li + is released oxygen 0 2 initially lithium oxide Li 2 0 and then oxidized to lithium peroxide Li 2 0 2 the outcome here the following reduction process takes..
  • the second electrode 3 is susceptible to contamination with particles such as dust or sand which may clog or block the second electrode 3, and secondly to a second electrode 3 having a catalyst, highly porous and therefore has a very large surface area have noxious gases such as sulfur oxides S x O y , ammonia NH 3 , nitrogen oxides NO x , hydrogen sulfide H 2 S, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 and others as catalyst poisons, which could irreversibly damage the second electrode 3 Furthermore, the second electrode 3 is also sensitive to moisture.
  • FIG. 5 shows a schematic view of an embodiment of a rechargeable battery Order 6 with a lithium-air battery 1 as previously described.
  • signal lines are shown with solid lines and air paths with dashed lines.
  • Air paths can be, for example, air-conducting ducts, pipes or pipes.
  • the lithium-air accumulator 1 may comprise an accumulator control unit 7, which may be accommodated in a housing of the lithium-air accumulator 1.
  • the accumulator control unit 7 is coupled via a signal line 8 to a control device 9 of the accumulator arrangement 6.
  • the control device 9 can also be designed as a control device.
  • the lithium-air battery 1 is supplied via an air path 10, the supply air L. Via an air path 1 1 exhaust air A is discharged from the lithium-air battery 1. In the discharge state of the lithium-air battery 1, the reduction process described above takes place. That is, in the discharge state, the exhaust air A is oxygen poorer compared to the supply air L. In the state of charge of the lithium-air battery 1, the exhaust air A is oxygen-rich compared to the supply air L.
  • Both the air path 10 and the air path 1 1 each include a valve means 12, 13.
  • the valve means 12, 13 may be multi-way valves.
  • the valve devices 12, 13 can be controlled by the control device 9.
  • the valve device 12 is coupled by means of a signal line 14 and the valve device 13 by means of a signal line 15 to the control device 9.
  • the first valve device 12 is upstream and the second valve device 13 is positioned downstream of the lithium-air accumulator 1.
  • the valve device 13 can be controlled with the aid of the control device 9 so that in particular in the discharge state of the lithium-air battery 1, the oxygen-poor exhaust air A is discharged via an air path 1 6 to the environment.
  • the valve device 13 can be controlled so that the, in particular in the state of charge of the lithium-air battery 1 oxygen-enriched, exhaust air A is fed via an air path 17 to a treatment device 18.
  • the treatment device 18 is configured to treat the exhaust air A so that they can be a room 19 in which people are accommodated, can be supplied.
  • the space 19 may be, for example, a passenger compartment of a vehicle.
  • the processing device 18 is coupled to the control device 9 with the aid of a signal line 20.
  • a sensor device 21 is provided which is adapted to determine the air quality in the space 1 9.
  • the sensor device 21 may be an oxygen sensor in order to determine the oxygen content in the space 19.
  • the sensor device 21 is operatively connected to the control device 9 with the aid of a signal line 22.
  • the processing device 18 may comprise several functionalities for air treatment.
  • the processing device 18 may have one or more filter elements in order to realize these functionalities.
  • the treatment device 18 may comprise a particle filter.
  • the particle filter is suitable for particle filtration. That is, the particulate filter is configured to mechanically retain particulates contained in the exhaust air A, such as dust or the like.
  • the particle filter may comprise a filter medium made of paper and / or plastic. Furthermore, the filter medium can be coated, impregnated and / or provided with a nanofiber layer.
  • the treatment device 18 may further comprise a filter element, which is adapted to clean the exhaust air A of noxious gases or undesirable reaction products that arise during discharge of the lithium-air battery 1.
  • the filter element is adapted to chemically filter harmful gases such as sulfur oxides SO x , ammonia NH 3 , nitrogen oxides NO x , hydrogen sulfide H 2 S, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 from the exhaust air A.
  • the filter element may have, for example, activated carbon for chemical filtration.
  • the filter element can comprise potassium carbonate K 2 CO 3 and / or calcium hydroxide Ca (OH) 2 , which reacts chemically with acidic pollutants such as sulfur oxides SO x or hydrogen sulfide H 2 S in order to neutralize these noxious gases.
  • acidic pollutants such as sulfur oxides SO x or hydrogen sulfide H 2 S in order to neutralize these noxious gases.
  • the treatment device 18 may also comprise a filter element which is adapted to extract moisture from the exhaust air A.
  • the filter element may comprise a desiccant such as silica beads.
  • the silica beads may be scattered on a filter medium of the filter element and glued to it.
  • the filter medium may be constructed in layers, wherein, for example, between two nonwoven layers, a layer of silica beads may be arranged.
  • the filter medium may comprise an absorber material, in particular a so-called superabsorber, a functionalized membrane or the like.
  • the treatment device 18 can also be set up to humidify the exhaust air A.
  • the processing device 18 may further be adapted to adjust the pressure level, that is, to increase or decrease the pressure if necessary, in order to achieve an adaptation to the pressure prevailing in the space 19.
  • the processing Device 18 may also be adapted to enrich the exhaust air A with additives such as fragrances.
  • a third or further valve device 23 is provided, which is connected to the processing device 18 via an air path 24.
  • the valve device 23 is coupled to the control device 9 with the aid of a signal line 25.
  • the valve device 23 is preferably a multi-way valve.
  • the valve device 23 is set up to discharge the exhaust air A either via an air path 26 into the environment or via an air path 27 to the space 19.
  • the space 19 may be connected to the valve device 12 with an optional air path 28.
  • the accumulator arrangement 6 can have an optional ventilation control device 29, which is coupled to the control device 9 via a signal line 30.
  • the vent control device 29 may also be a control device.
  • the ventilation control device 29 may be configured to control the ventilation of the space 19, for example by opening and closing windows or ventilation openings.
  • the lithium-air accumulator 1 may be preceded by a filter device 31, which is adapted to process the supply air L.
  • the filter device 31 may be configured to purify the supply air L of particles. As a result, an addition or blocking of the mesoporous second electrode 3 is prevented.
  • the filter device 31 is also adapted to filter out harmful gases contained in the supply air L.
  • the filter device 31, like the treatment device 18, is adapted to chemically filter harmful gases such as sulfur oxides SO x , ammonia NH 3 , nitrogen oxides NO x , hydrogen sulfide H 2 S, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 from the supply air L.
  • These noxious gases can act as catalyst poisons that can permanently damage the catalyst provided on the second electrode 3.
  • the filter device 31 may have, for example, potassium carbonate K 2 CO 3 , calcium hydroxide Ca (OH) 2 and / or activated carbon for chemical filtering. As a result, the catalyst effect persists permanently.
  • the filter device 31 is preferably also configured to condition the supply air L supplied to the lithium-air accumulator 1 in such a way that the supply air L has a predetermined relative air humidity.
  • the filter device 31 is adapted to extract the supply air L, the entire moisture. This will be a Reaction of the metallic lithium Li of the first electrode 2 prevented with water.
  • the filter device 31 may be configured to provide a defined and consistent level of humidity.
  • the functionality of the accumulator assembly 6 will be briefly explained below. During the discharge of the lithium-air battery 1, the treated supply air L is supplied to it. The valve device 13 is switched so that the oxygen-depleted exhaust air A is discharged via the air path 1 6 in the environment.
  • the second valve device 13 When charging the lithium-air accumulator 1, in which at the second electrode 3 oxygen 0 2 is discharged, the second valve device 13 is controlled by the control device 9 so that the exhaust air A is supplied via the air path 17 of the processing device 18. In the treatment device 18, the exhaust air A, as described above, processed. Depending on how high the determined by the controller 9 by means of the sensor device 21 oxygen content in the space 19, the third valve device 23 is either driven so that the exhaust air A is discharged via the air path 26 to the environment or that the exhaust air A is passed via the air path 27 into the space 19. If the determined oxygen content in the space 19 is above a predetermined desired value, the exhaust air A is discharged to the environment.
  • the oxygen-enriched exhaust air A can be stored with the aid of a storage device in order, for example, to be fed back to the lithium-air accumulator 1 when it is being unloaded.
  • the storage device may be a pressure tank. If the determined oxygen content in the space 19 is below the desired value, the oxygen-enriched exhaust air A is conducted into the space 19.
  • the oxygen content of the air in the space 19 may be higher than in the environment. In this way, for example, the ability of a driver to concentrate can be improved.
  • the oxygen content in the space 19 is too high, the oxygen content can be lowered very rapidly by ventilating the space 19 with the aid of the ventilation control device 29.
  • the air contained in the space 19 can continue to be supplied via the optional air path 28 of the first valve device 12 as a supply air L for the lithium-air battery 1 Akku-.

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Abstract

The invention relates to a storage battery assembly (6) for a vehicle, said assembly comprising a metal-air storage battery (1), a treatment device (18) for treating oxygen-rich exit air (A) of the metal-air storage battery (1) and a control device (9), which is coupled to a sensor device (21) for determining the oxygen content in a compartment (19) of the vehicle and which is designed to control a ventilation device (23) in accordance with sensor signals of the sensor device (21), such that exit air (A) is introduced into the compartment (19) when the oxygen content in the compartment (19) lies below a pre-determined set value.

Description

Beschreibung  description
Akkumulator-Anordnung für ein Fahrzeug Accumulator arrangement for a vehicle
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Akkumulator-Anordnung für ein Fahr- zeug, wobei die Akkumulator-Anordnung einen Metall-Luft-Akkumulator umfasst. The present invention relates to an accumulator arrangement for a vehicle, wherein the accumulator arrangement comprises a metal-air accumulator.
Stand der Technik State of the art
Metall -Luft- Akkumulatoren sind aufgrund ihrer erreichbaren hohen Energiedichte insbesondere für mobile Anwendungen, wie beispielsweise für Kraftfahrzeuge geeignet. Ein Beispiel für Metall-Luft-Akkumulatoren sind Lithium-Luft-Akkumulatoren. Deren Funkti- onsweise wird im Folgenden kurz erläutert. Bei der Entladung des Lithium-Luft-Akkumulators wird an einer Lithiumanode unter Abgabe eines Elektrons ein positives Lithium- Ion über einen Elektrolyt an eine Kohlenstoffkathode abgegeben. An der Kohlenstoffkathode reagiert in einem Reduktionsprozess das Lithium-Ion mit Sauerstoff zunächst zu Lithiumoxid und danach zu Lithiumperoxid. Damit dieser Reduktionsprozess stattfinden kann, ist die Kohlenstoffkathode mit einem Katalysator belegt, hoch porös und besitzt daher eine sehr große Oberfläche. Bei der Ladung des Lithium-Luft-Akkumulators dreht sich dieser Vorgang um. An der Kohlenstoffkathode wird Sauerstoff abgegeben, an der Lithiumanode wird metallisches Lithium abgeschieden. Metal-air accumulators are particularly suitable for mobile applications, such as for motor vehicles due to their achievable high energy density. An example of metal-air batteries are lithium-air batteries. Their mode of operation is briefly explained below. During the discharge of the lithium-air battery, a positive lithium ion is released via an electrolyte to a carbon cathode on a lithium anode with the delivery of an electron. At the carbon cathode reacts in a reduction process, the lithium ion with oxygen first to lithium oxide and then to lithium peroxide. For this reduction process to take place, the carbon cathode is coated with a catalyst, highly porous and therefore has a very large surface area. When charging the lithium-air battery, this process turns around. Oxygen is released at the carbon cathode, metallic lithium is deposited at the lithium anode.
Die US 2012/0040253 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System, bei dem die bei der Ladung mit Sauerstoff angereicherte Abluft eines Metall-Luft-Akkumulators gespeichert wird. Bei der Entladung des Metall -Luft- Akkumulator wird diesem die gespeicherte sauerstoffangereicherte Abluft wieder zugeführt. US 2012/0040253 A1 describes a method and a system in which the charge air enriched with oxygen exhaust air of a metal-air battery is stored. When discharging the metal-air accumulator this is the stored oxygen-enriched exhaust air supplied again.
Offenbarung der Erfindung  Disclosure of the invention
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Akkumulator-Anord- nung zur Verfügung zu stellen. It is therefore an object of the present invention to provide an improved accumulator arrangement.
Demgemäß wird eine Akkumulator-Anordnung für ein Fahrzeug mit einem Metall-Luft- Akkumulator, einer Aufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten von sauerstoffangereicherter Abluft des Metall-Luft-Akkumulators und einer Steuereinrichtung vorgeschlagen. Die Steuereinrichtung ist an eine Sensoreinrichtung zum Ermitteln des Sauerstoffge- halts in einem Raum des Fahrzeugs gekoppelt und ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung eine Ventileinrichtung derart anzusteu- ern, dass die Abluft in den Raum eingeleitet wird, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Raum unter einem vorbestimmten Sollwert ist. Accordingly, an accumulator assembly for a vehicle with a metal-air accumulator, a processing device for processing oxygen-enriched exhaust air of the metal-air accumulator and a control device is proposed. The control device is coupled to a sensor device for determining the oxygen content in a space of the vehicle and is configured to actuate a valve device in dependence on sensor signals of the sensor device in such a way. that the exhaust air is introduced into the room when the oxygen content in the room is below a predetermined set point.
Hierdurch kann der beim Laden des Metall -Luft- Akkumulators frei werdende Sauerstoff zur Luftverbesserung in dem Raum eingesetzt werden. Insbesondere kann in dem Raum gegenüber der Umgebung ein gewisser Sauerstoffüberschuss eingestellt werden. Hierdurch kann beispielsweise eine Verbesserung der Konzentrationsfähigkeit und/oder der Reaktionsfähigkeit, eine verzögerte Ermüdung oder ein erleichtertes Atmen bei einer Erkrankung von sich in dem Raum befindenden Personen erreicht werden. Durch das Abführen der sauerstoffangereicherten Abluft von dem Metall-Luft-Akku- mulator wird eine Konzentrationserhöhung des Sauerstoffs im Bereich des Metall-Luft- Akkumulators bzw. in dessen unmittelbarer Umgebung vermieden. Hierdurch wird die Bildung eines zündfähigen Gasgemisches verhindert. Dies erhöht die Betriebssicherheit der Akkumulator-Anordnung. As a result, the oxygen released during charging of the metal-air accumulator can be used to improve the air in the room. In particular, a certain excess of oxygen can be set in the space in relation to the environment. By doing so, for example, an improvement in concentration ability and / or responsiveness, delayed fatigue, or easier breathing in a disease of persons in the room can be achieved. By discharging the oxygen-enriched exhaust air from the metal-air battery accumulator, an increase in the concentration of oxygen in the region of the metal-air accumulator or in its immediate surroundings is avoided. As a result, the formation of an ignitable gas mixture is prevented. This increases the reliability of the accumulator assembly.
Der Metall-Luft-Akkumulator weist vorzugsweise eine Anode oder erste Elektrode, die aus einem Metallblock gefertigt ist, und eine Kathode oder zweite Elektrode, die aus mesoporösem Kohlenstoff gefertigt ist, auf. Vorzugsweise ist der Metall-Luft-Akkumulator ein Lithium-Luft-Akkumulator. Der Metall-Luft-Akkumulator kann auch ein Silizium- Luft- Akku mulator sein. Die Akkumulator-Anordnung ist insbesondere für Fahrzeuge, wie Kraftfahrzeuge, Lastkraftwägen, Motorkrafträder, Luftfahrzeuge, Baufahrzeuge, Schie- nenfahrzeuge und Wasserfahrzeuge geeignet. Darüber hinaus kann die Akkumulator- Anordnung bei immobilen Anwendungen wie in der Gebäudetechnik oder dgl. eingesetzt werden. The metal-air battery preferably has an anode or first electrode made of a metal block and a cathode or second electrode made of mesoporous carbon. Preferably, the metal-air battery is a lithium-air battery. The metal-air battery can also be a silicon-air battery mulator. The accumulator arrangement is particularly suitable for vehicles such as motor vehicles, trucks, motorcycles, aircraft, construction vehicles, rail vehicles and watercraft. In addition, the accumulator arrangement can be used in immobile applications such as in building technology or the like.
Bei Ausführungsformen ist die Aufbereitungseinrichtung dazu eingerichtet, Partikel aus der Abluft herauszufiltern. Die Aufbereitungseinrichtung kann einen Partikelfilter umfas- sen. Der Partikelfilter ist insbesondere zur Partikelfiltration geeignet. Das heißt, der Partikelfilter ist vorzugsweise dazu eingerichtet, in der Abluft enthaltene Partikel wie beispielsweise Staub oder dgl. mechanisch zurückzuhalten. Zur Partikelfiltration kann der Partikelfilter ein aus Papier und/oder Kunststoff gefertigtes Filtermedium umfassen. Weiterhin kann das Filtermedium beschichtet, imprägniert und/oder mit einer Nanofa- serlage versehen sein. In embodiments, the treatment device is configured to filter out particles from the exhaust air. The treatment device may comprise a particle filter. The particle filter is particularly suitable for particle filtration. That is, the particulate filter is preferably configured to mechanically retain particles contained in the exhaust air, such as dust or the like. For particle filtration, the particle filter can comprise a filter medium made of paper and / or plastic. Furthermore, the filter medium may be coated, impregnated and / or provided with a nanofiber layer.
Bei weiteren Ausführungsformen ist die Aufbereitungseinrichtung dazu eingerichtet, die Abluft chemisch zu filtern. Die Aufbereitungseinrichtung kann ein Filterelement aufwei- sen, das dazu eingerichtet ist, die Abluft von Schadgasen oder unerwünschten Reaktionsprodukten, die beim Entladen des Metall-Luft-Akkumulators entstehen, zu reinigen. In further embodiments, the treatment device is adapted to chemically filter the exhaust air. The conditioning device may comprise a filter element. which is adapted to purify the exhaust air of noxious gases or undesirable reaction products that arise when unloading the metal-air battery.
Bei weiteren Ausführungsformen ist die Aufbereitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Luftfeuchtigkeit der Abluft zu konditionieren. Insbesondere kann die Aufbereitungs- einrichtung dazu eingerichtet sein, die Luftfeuchtigkeit der Abluft so zu konditionieren, dass diese eine vorbestimmte relative Luftfeuchtigkeit aufweist. Beispielsweise kann die Aufbereitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, die Abluft zu befeuchten. Ferner kann die Aufbereitungseinrichtung ein Filterelement umfassen, das dazu eingerichtet ist, der Abluft Feuchtigkeit zu entziehen. Das Filterelement kann ein Trockenmittel wie bei- spielsweise Silica-Perlen aufweisen. Die Silicaperlen können auf ein Filtermedium des Filterelements aufgestreut und mit diesem verklebt sein. Weiterhin kann das Filtermedium schichtweise aufgebaut sein, wobei beispielsweise zwischen zwei Vlieslagen eine Schicht Silica-Perlen angeordnet sein kann. Zusätzlich oder optional kann das Filtermedium ein Absorbermaterial, insbesondere einen sog. Superabsorber, eine funktionali- sierte Membran oder dgl. umfassen. In further embodiments, the treatment device is adapted to condition a humidity of the exhaust air. In particular, the treatment device can be set up to condition the air humidity of the exhaust air in such a way that it has a predetermined relative air humidity. For example, the treatment device may be configured to humidify the exhaust air. Further, the treatment device may comprise a filter element which is adapted to extract moisture from the exhaust air. The filter element may comprise a desiccant such as silica beads. The silica beads may be scattered on a filter medium of the filter element and glued to it. Furthermore, the filter medium may be constructed in layers, wherein, for example, between two nonwoven layers, a layer of silica beads may be arranged. Additionally or optionally, the filter medium may comprise an absorber material, in particular a so-called superabsorber, a functionalized membrane or the like.
Bei weiteren Ausführungsformen ist die Aufbereitungseinrichtung dazu eingerichtet, ein Druckniveau der Abluft an ein Druckniveau des Raums anzupassen. Hierzu kann die Aufbereitungseinrichtung ein Druckregelelement aufweisen. Das Druckregelelement kann dazu eingerichtet sein, den Druck der Abluft zu erhöhen oder zu verringern. Bei weiteren Ausführungsformen ist die Aufbereitungseinrichtung dazu eingerichtet, der Abluft Duftstoffe hinzuzufügen. Weiterhin kann die Aufbereitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, konzentrationsfördernde, desinfizierende, antibakterielle und/oder fungi- zide Stoffe an die Abluft abzugeben.  In further embodiments, the treatment device is adapted to adapt a pressure level of the exhaust air to a pressure level of the room. For this purpose, the processing device may have a pressure control element. The pressure regulating element may be configured to increase or decrease the pressure of the exhaust air. In further embodiments, the treatment device is adapted to add scents to the exhaust air. Furthermore, the treatment device can be configured to deliver concentration-promoting, disinfecting, antibacterial and / or fungicidal substances to the exhaust air.
Bei weiteren Ausführungsformen ist eine weitere Ventileinrichtung der Akkumulator-An- Ordnung von der Steuereinrichtung so ansteuerbar, dass die Abluft beim Entladen des Lithium-Luft-Akkumulators in die Umgebung und beim Laden des Lithium-Luft-Akkumulators in die Aufbereitungseinrichtung leitbar ist. Die Ventileinrichtung ist vorzugsweise ein Mehrwegeventil. Beispielsweise kann die Ventileinrichtung ein Magnetventil sein. In further embodiments, a further valve device of the accumulator arrangement can be controlled by the control device such that the exhaust air can be conducted when discharging the lithium-air accumulator into the environment and when loading the lithium-air accumulator into the processing device. The valve device is preferably a multi-way valve. For example, the valve device may be a solenoid valve.
Bei weiteren Ausführungsformen umfasst die Akkumulator-Anordnung eine Belüftungs- Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung den Raum zu belüften, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Raum über dem vorbestimmten Sollwert ist. Hierdurch kann eine zu hohe Sauerstoffkonzentration in dem Raum verhindert werden. Beispielsweise kann die Belüftungs-Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, einen elektrischen Fensterheber oder eine Lüftungsklappe anzusteuern. In further embodiments, the accumulator assembly includes a vent control device configured to vent the space in response to sensor signals from the sensor device when the oxygen content in the space is above the predetermined set point. This can prevent too high an oxygen concentration in the room. For example, the ventilation control device be adapted to control an electric window or a ventilation flap.
Bei weiteren Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung die Ventileinrichtung derart anzu- steuern, dass die Abluft in die Umgebung oder in eine Speichereinrichtung eingeleitet wird, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Raum über dem vorbestimmten Sollwert ist. In der Speichereinrichtung, die beispielsweise ein Drucktank sein kann, kann die sauerstoffangereicherte Abluft beispielsweise so lange gespeichert werden, bis sie dem Metall-Luft-Akkumulator bei dessen Entladung zugeführt wird. Bei weiteren Ausführungsformen umfasst die Akkumulator-Anordnung eine dem Metall- Luft- Akkumulator vorgeschaltete Filtereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, dem Metall- Luft- Akkumulator zugeführte Zuluft von Partikeln und/oder Schadgasen zu reinigen und/ oder eine Luftfeuchtigkeit der Zuluft so zu konditionieren, dass die Zuluft eine vorgegebene relative Luftfeuchtigkeit aufweist. Hierdurch wird ein Zusetzen oder Verblocken der mesoporösen zweiten Elektrode des Metall -Luft- Akkumulators verhindert. Insbesondere ist die Filtereinrichtung dazu eingerichtet, Schadgase wie Schwefeloxide SOx, Ammoniak NH3, Stickoxide NOx, Schwefelwasserstoff H2S, Kohlenmonoxid CO, Kohlendioxid CO2 chemisch aus der Zuluft herauszufiltern. Die Filtereinrichtung ist vorzugsweise auch dazu eingerichtet, die dem Metall -Luft- Akkumulator zugeführte Zuluft derart zu konditionieren, dass die Zuluft eine vorgegebene relative Luftfeuchtigkeit aufweist. Insbesondere ist die Filtereinrichtung dazu eingerichtet, der Zuluft die gesamte Feuchtigkeit zu entziehen oder einen definierten und gleichbleibenden Wert der Luftfeuchtigkeit zu gewährleisten. In further embodiments, the control device is configured to control the valve device in dependence on sensor signals of the sensor device such that the exhaust air is introduced into the environment or into a storage device when the oxygen content in the space is above the predetermined desired value. In the storage device, which may be for example a pressure tank, the oxygen-enriched exhaust air may for example be stored until it is supplied to the metal-air battery when it is discharged. In further embodiments, the accumulator arrangement comprises a filter device upstream of the metal-air accumulator, which is set up to purify supply air of particles and / or noxious gases fed to the metal-air accumulator and / or to condition a humidity of the supply air in this way, that the supply air has a predetermined relative humidity. This prevents clogging or blocking of the mesoporous second electrode of the metal-air accumulator. In particular, the filter device is adapted to filter out harmful gases such as sulfur oxides SO x , ammonia NH 3 , nitrogen oxides NO x , hydrogen sulfide H 2 S, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 chemically from the supply air. The filter device is preferably also configured to condition the supply air supplied to the metal-air accumulator such that the supply air has a predetermined relative air humidity. In particular, the filter device is adapted to withdraw the supply air, the entire moisture or to ensure a defined and consistent level of humidity.
Weitere mögliche Implementierungen der Akkumulator-Anordnung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen der Akkumulator-Anordnung. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Akkumulator-Anordnung hinzufügen oder abändern. Weitere Ausgestaltungen der Akkumulator-Anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Akkumulator-Anordnung. Im Weiteren wird die Akkumulator-Anordnung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Further possible implementations of the accumulator arrangement also include not explicitly mentioned combinations of features or embodiments of the accumulator arrangement described above or below with respect to the exemplary embodiments. The skilled person will also add or modify individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the accumulator arrangement. Further embodiments of the accumulator arrangement are the subject matter of the subclaims and the exemplary embodiments of the accumulator arrangement described below. Furthermore, the accumulator arrangement will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the attached figures. Brief description of the drawings
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Metall -Luft- Akkumulators in einem Ladezustand; Fig. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a metal-air accumulator in a state of charge;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des Metall -Luft- Akkumulators gemäß Fig. 1 in einem Entladezustand; FIG. 2 shows a schematic sectional view of the metal-air accumulator according to FIG. 1 in a discharge state; FIG.
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Metall- Luft- Akkumulators in einem Entladezustand; Fig. 3 is a schematic sectional view of another embodiment of a metal-air accumulator in a discharge state;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Metall- Luft- Akkumulators in einem Entladezustand; und Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Akkumulator-Anordnung. Fig. 4 is a schematic sectional view of another embodiment of a metal-air accumulator in a discharge state; and Fig. 5 is a schematic view of an embodiment of a storage battery assembly.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. In the figures, the same reference numerals designate the same or functionally identical elements, unless indicated otherwise.
Ausführungsform(en) der Erfindung  Embodiment (s) of the invention
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Metall -Luft- Akkumulators 1 in einem Ladezustand. Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Metall-Luft-Akkumulators 1 in einem Entladezustand. Der Metall-Luft-Akkumulator 1 weist eine aus Metall, insbesondere aus Lithium Li, gefertigte Anode oder erste Elektrode 2 und eine Kathode oder zweite Elektrode 3 auf. Im Folgenden wird explizit nur auf Lithium-Luft-Akkumulatoren 1 eingegangen. Die zweite Elektrode 3 ist aus mesoporösem Kohlenstoff C aufgebaut und am elektrochemischen Prozess nicht direkt beteiligt. Mesoporöse Festkörper sind nach Definition der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) poröse Materialien mit einem Porendurchmesser zwischen 2 nm und 50 nm. Der Kohlenstoff C dient als elektrischer Leiter und Anschluss, die mesoporöse Struktur zur Maximierung der Ober- fläche, um die Reaktion von Sauerstoff 02 mit Lithium-Ionen Li+ im Bereich der zweiten Elektrode 3 zu erleichtern. Fig. 1 shows a schematic sectional view of a metal-air accumulator 1 in a state of charge. Fig. 2 shows a schematic sectional view of the metal-air battery 1 in a discharge state. The metal-air accumulator 1 has an anode made of metal, in particular of lithium Li, or first electrode 2 and a cathode or second electrode 3. In the following, only lithium-air batteries 1 will be discussed explicitly. The second electrode 3 is made of mesoporous carbon C and not directly involved in the electrochemical process. Mesoporous solids, as defined by the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), are porous materials with a pore diameter between 2 nm and 50 nm. Carbon C serves as an electrical conductor and terminal, and the mesoporous structure maximizes the surface area Reaction of oxygen 0 2 with lithium ions Li + in the region of the second electrode 3 to facilitate.
Die erste Elektrode 2 besteht aus einem Block aus metallischem Lithium Li. Alternativ kann die erste Elektrode 2 aus einem anderen Metall wie beispielsweise Silizium bestehen. Zwischen den beiden Elektroden 2, 3 befindet sich ein Elektrolyt 4, welcher je nach Ausführungsform des Lithium-Luft-Akkumulators 1 flüssig, insbesondere wasserbasiert, oder fest sein kann. Im letzteren Fall liegt ein Festkörperakkumulator vor. Weiterhin kann der Elektrolyt 4 eine organische Flüssigkeit sein, die nicht mit dem Lithium Li reagiert. The first electrode 2 consists of a block of metallic lithium Li. Alternatively, the first electrode 2 may be made of another metal such as silicon. Between the two electrodes 2, 3 is an electrolyte 4, which depending on the embodiment of the lithium-air battery 1 liquid, in particular water-based, or may be solid. In the latter case, there is a solid-state accumulator. Farther For example, the electrolyte 4 may be an organic liquid that does not react with the lithium Li.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Lithium-Luft- Akkumulators 1 mit einem wasserbasierten Elektrolyten 4. Um ein Reagieren des metal- lischen Lithiums Li mit dem Elektrolyten 4 zu verhindern, ist zwischen der ersten Elektrode 2 und dem wässrigen Elektrolyten 4 eine Schutzschicht 5 vorgesehen. Schutzschicht 5 kann eine auf dem metallischen Lithium Li aufliegende Glaskeramikschicht sein. Beispielsweise ist die Schutzschicht 5 eine sog. LiSICON-Schicht (LiM2(P0 )3). Die Schutzschicht 5 ermöglicht es, dass das Lithium Li in der wässrigen Umgebung stabil bleibt. 3 shows a schematic sectional view of an embodiment of a lithium-air rechargeable battery 1 with a water-based electrolyte 4. In order to prevent the metallic lithium Li from reacting with the electrolyte 4, a first electrode 2 and the aqueous electrolyte 4 are present Protective layer 5 is provided. Protective layer 5 may be a glass-ceramic layer resting on the metallic lithium Li. For example, the protective layer 5 is a so-called LiSICON layer (LiM 2 (P0) 3 ). The protective layer 5 allows the lithium Li to remain stable in the aqueous environment.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines hybriden Lithium-Luft-Akkumulators 1 . Hierbei ist zwischen der ersten Elektrode 2 und der Schutzschicht 5 ein organischer Elektrolyt 4 und zwischen der Schutzschicht 5 und der zweiten Elektrode 3 ein wässriger Elektrolyt 4 angeordnet. Das grundlegende Funktionsprinzip bei allen Typen von Lithium-Luft-Akkumulatoren 1 ist im Wesentlichen identisch. Bei der Entladung (Fig. 2, 3, 4) wird an der ersten Elektrode 2 unter Abgabe eines Elektrons e" ein positives Lithium-Ion Li+ über den Elektrolyt 4 an die zweite Elektrode 3 abgegeben, wo das Lithium-Ion Li+ mit Sauerstoff 02 zunächst zu Lithiumoxid Li20 und danach zu Lithiumperoxid Li202 oxidiert. Es findet dabei der folgende Reduktionsprozess statt: 02 + 4e"— >· 2 O2". Damit dieser Reduktionspro- zess stattfinden kann, ist die zweite Elektrode 3 mit einem Katalysator belegt, hoch porös und besitzt daher eine sehr große Oberfläche. Deshalb ist die zweite Elektrode 3 zum einen anfällig für eine Verunreinigung mit Partikeln wie beispielsweise Staub oder Sand, die die zweite Elektrode 3 verstopfen oder verblocken können, zum anderen wir- ken Schadgase wie Schwefeloxide SxOy, Ammoniak NH3, Stickoxide NOx, Schwefelwasserstoff H2S, Kohlenmonoxid CO, Kohlendioxid CO2 und weitere als Katalysatorgifte, die die zweite Elektrode 3 irreversibel schädigen können. Weiterhin ist die zweite Elektrode 3 auch feuchtigkeitsempfindlich. 4 shows a schematic sectional view of an embodiment of a hybrid lithium-air battery 1. In this case, an organic electrolyte 4 is arranged between the first electrode 2 and the protective layer 5, and an aqueous electrolyte 4 is arranged between the protective layer 5 and the second electrode 3. The basic operating principle in all types of lithium-air batteries 1 is substantially identical. During the discharge (FIGS. 2, 3, 4), a positive lithium ion Li + is released via the electrolyte 4 to the second electrode 3 at the first electrode 2, emitting an electron e " , where the lithium ion Li + is released oxygen 0 2 initially lithium oxide Li 2 0 and then oxidized to lithium peroxide Li 2 0 2 the outcome here the following reduction process takes.. 0 2 + 4e "-> · 2 O 2" With this reduction process to take place, the Therefore, the second electrode 3 is susceptible to contamination with particles such as dust or sand which may clog or block the second electrode 3, and secondly to a second electrode 3 having a catalyst, highly porous and therefore has a very large surface area have noxious gases such as sulfur oxides S x O y , ammonia NH 3 , nitrogen oxides NO x , hydrogen sulfide H 2 S, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 and others as catalyst poisons, which could irreversibly damage the second electrode 3 Furthermore, the second electrode 3 is also sensitive to moisture.
Bei der Ladung (Fig. 1 ) des Lithium-Luft-Akkumulators 1 dreht sich dieser Vorgang um. An der zweiten Elektrode 3 wird Sauerstoff O2 abgegeben, an der ersten Elektrode 2 wird metallisches Lithium Li abgeschieden. Die erste Elektrode 2 ist feuchtigkeitsanfällig, da das metallische Lithium Li heftig mit Wasser reagieren kann. In the charge (Fig. 1) of the lithium-air battery 1, this process turns around. At the second electrode 3, oxygen O 2 is discharged, at the first electrode 2, metallic lithium Li is deposited. The first electrode 2 is susceptible to moisture because the metallic lithium Li can react violently with water.
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Akkumulator-An- Ordnung 6 mit einem Lithium-Luft-Akkumulator 1 wie zuvor beschrieben. In Fig. 5 sind Signalleitungen mit durchgezogenen und Luftpfade mit gestrichelten Linien dargestellt. Luftpfade können beispielsweise luftleitende Kanäle, Leitungen oder Rohre sein. 5 shows a schematic view of an embodiment of a rechargeable battery Order 6 with a lithium-air battery 1 as previously described. In Fig. 5 signal lines are shown with solid lines and air paths with dashed lines. Air paths can be, for example, air-conducting ducts, pipes or pipes.
Der Lithium-Luft-Akkumulator 1 kann ein Akkumulator-Steuergerät 7 umfassen, das in einem Gehäuse des Lithium-Luft-Akkumulators 1 aufgenommen sein kann. Das Akkumulator-Steuergerät 7 ist über eine Signalleitung 8 mit einer Steuereinrichtung 9 der Akkumulator-Anordnung 6 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 9 kann auch als Regeleinrichtung ausgebildet sein. The lithium-air accumulator 1 may comprise an accumulator control unit 7, which may be accommodated in a housing of the lithium-air accumulator 1. The accumulator control unit 7 is coupled via a signal line 8 to a control device 9 of the accumulator arrangement 6. The control device 9 can also be designed as a control device.
Dem Lithium-Luft-Akkumulator 1 wird über einen Luftpfad 10 die Zuluft L zugeführt. Über einen Luftpfad 1 1 wird Abluft A von dem Lithium-Luft-Akkumulator 1 abgeführt. Im Entladezustand des Lithium-Luft-Akkumulators 1 findet der zuvor beschriebene Reduk- tionsprozess statt. Das heißt, im Entladezustand ist die Abluft A im Vergleich zur Zuluft L sauerstoffärmer. Im Ladezustand des Lithium-Luft-Akkumulators 1 ist die Abluft A im Vergleich zur Zuluft L sauerstoffreicher. Sowohl der Luftpfad 10 als auch der Luftpfad 1 1 umfassen jeweils eine Ventileinrichtung 12, 13. Die Ventileinrichtungen 12, 13 können Mehrwegeventile sein. Die Ventileinrichtungen 12, 13 sind von der Steuereinrichtung 9 ansteuerbar. Hierzu ist die Ventileinrichtung 12 mit Hilfe einer Signalleitung 14 und die Ventileinrichtung 13 mit Hilfe einer Signalleitung 15 mit der Steuereinrichtung 9 gekoppelt. Die erste Ventileinrichtung 12 ist stromaufwärts und die zweite Ventileinrich- tung 13 ist stromabwärts des Lithium-Luft-Akkumulators 1 positioniert. The lithium-air battery 1 is supplied via an air path 10, the supply air L. Via an air path 1 1 exhaust air A is discharged from the lithium-air battery 1. In the discharge state of the lithium-air battery 1, the reduction process described above takes place. That is, in the discharge state, the exhaust air A is oxygen poorer compared to the supply air L. In the state of charge of the lithium-air battery 1, the exhaust air A is oxygen-rich compared to the supply air L. Both the air path 10 and the air path 1 1 each include a valve means 12, 13. The valve means 12, 13 may be multi-way valves. The valve devices 12, 13 can be controlled by the control device 9. For this purpose, the valve device 12 is coupled by means of a signal line 14 and the valve device 13 by means of a signal line 15 to the control device 9. The first valve device 12 is upstream and the second valve device 13 is positioned downstream of the lithium-air accumulator 1.
Die Ventileinrichtung 13 kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 9 so angesteuert werden, dass insbesondere im Entladezustand des Lithium-Luft-Akkumulators 1 die sauerstoffarme Abluft A über einen Luftpfad 1 6 an die Umgebung abgegeben wird. Alternativ kann die Ventileinrichtung 13 so angesteuert werden, dass die, insbesondere im Lade- zustand des Lithium-Luft-Akkumulators 1 sauerstoffangereicherte, Abluft A über einen Luftpfad 17 einer Aufbereitungseinrichtung 18 zugeführt wird. The valve device 13 can be controlled with the aid of the control device 9 so that in particular in the discharge state of the lithium-air battery 1, the oxygen-poor exhaust air A is discharged via an air path 1 6 to the environment. Alternatively, the valve device 13 can be controlled so that the, in particular in the state of charge of the lithium-air battery 1 oxygen-enriched, exhaust air A is fed via an air path 17 to a treatment device 18.
Die Aufbereitungseinrichtung 18 ist dazu eingerichtet, die Abluft A so aufzubereiten, dass sie einem Raum 19, in dem sich Personen aufhalten, zugeführt werden kann. Der Raum 19 kann beispielsweise eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs sein. Die Aufberei- tungseinrichtung 18 ist mit Hilfe einer Signalleitung 20 mit der Steuereinrichtung 9 gekoppelt. In oder an dem Raum 19 ist eine Sensoreinrichtung 21 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die Luftgüte in dem Raum 1 9 zu ermitteln. Die Sensoreinrichtung 21 kann ein Sauerstoffsensor sein, um den Sauerstoffgehalt in dem Raum 19 zu ermitteln. Die Sensoreinrichtung 21 ist mit Hilfe einer Signalleitung 22 mit der Steuereinrichtung 9 wirkverbunden. The treatment device 18 is configured to treat the exhaust air A so that they can be a room 19 in which people are accommodated, can be supplied. The space 19 may be, for example, a passenger compartment of a vehicle. The processing device 18 is coupled to the control device 9 with the aid of a signal line 20. In or at the space 19, a sensor device 21 is provided which is adapted to determine the air quality in the space 1 9. The sensor device 21 may be an oxygen sensor in order to determine the oxygen content in the space 19. The sensor device 21 is operatively connected to the control device 9 with the aid of a signal line 22.
Die Aufbereitungseinrichtung 18 kann zur Luftaufbereitung mehrere Funktionalitäten umfassen. Hierbei kann die Aufbereitungseinrichtung 18 eines oder mehrere Filterele- mente aufweisen, um diese Funktionalitäten zu verwirklichen. The processing device 18 may comprise several functionalities for air treatment. In this case, the processing device 18 may have one or more filter elements in order to realize these functionalities.
Die Aufbereitungseinrichtung 18 kann einen Partikelfilter umfassen. Der Partikelfilter ist zur Partikelfiltration geeignet. Das heißt, der Partikelfilter ist dazu eingerichtet, in der Abluft A enthaltene Partikel wie beispielsweise Staub oder dgl. mechanisch zurückzuhalten. Zur Partikelfiltration kann der Partikelfilter ein aus Papier und/oder Kunststoff ge- fertigtes Filtermedium umfassen. Weiterhin kann das Filtermedium beschichtet, imprägniert und/oder mit einer Nanofaserlage versehen sein. The treatment device 18 may comprise a particle filter. The particle filter is suitable for particle filtration. That is, the particulate filter is configured to mechanically retain particulates contained in the exhaust air A, such as dust or the like. For particle filtration, the particle filter may comprise a filter medium made of paper and / or plastic. Furthermore, the filter medium can be coated, impregnated and / or provided with a nanofiber layer.
Die Aufbereitungseinrichtung 18 kann ferner ein Filterelement aufweisen, das dazu eingerichtet ist, die Abluft A von Schadgasen oder unerwünschten Reaktionsprodukten, die beim Entladen des Lithium-Luft-Akkumulators 1 entstehen, zu reinigen. Insbesondere ist das Filterelement dazu eingerichtet, Schadgase wie Schwefeloxide SOx, Ammoniak NH3, Stickoxide NOx, Schwefelwasserstoff H2S, Kohlenmonoxid CO, Kohlendioxid CO2 chemisch aus der Abluft A herauszufiltern. Das Filterelement kann zur chemischen Filterung beispielsweise Aktivkohle aufweisen. Weiterhin kann das Filterelement Kaliumkarbonat K2CO3 und/oder Kalziumhydroxid Ca(OH)2 aufweisen, das mit sauren Schad- gasen wie beispielsweise Schwefeloxiden SOx oder Schwefelwasserstoff H2S chemisch reagiert, um diese Schadgase zu neutralisieren. The treatment device 18 may further comprise a filter element, which is adapted to clean the exhaust air A of noxious gases or undesirable reaction products that arise during discharge of the lithium-air battery 1. In particular, the filter element is adapted to chemically filter harmful gases such as sulfur oxides SO x , ammonia NH 3 , nitrogen oxides NO x , hydrogen sulfide H 2 S, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 from the exhaust air A. The filter element may have, for example, activated carbon for chemical filtration. Furthermore, the filter element can comprise potassium carbonate K 2 CO 3 and / or calcium hydroxide Ca (OH) 2 , which reacts chemically with acidic pollutants such as sulfur oxides SO x or hydrogen sulfide H 2 S in order to neutralize these noxious gases.
Die Aufbereitungseinrichtung 18 kann auch ein Filterelement umfassen, das dazu eingerichtet ist, der Abluft A Feuchtigkeit zu entziehen. Das Filterelement kann ein Trockenmittel wie beispielsweise Silica-Perlen aufweisen. Die Silicaperlen können auf ein Filtermedium des Filterelements aufgestreut und mit diesem verklebt sein. Weiterhin kann das Filtermedium schichtweise aufgebaut sein, wobei beispielsweise zwischen zwei Vlieslagen eine Schicht Silica-Perlen angeordnet sein kann. Zusätzlich oder optional kann das Filtermedium ein Absorbermaterial, insbesondere einen sog. Superabsor- ber, eine funktionalisierte Membran oder dgl. umfassen. Weiterhin kann die Aufberei- tungseinrichtung 18 auch dazu eingerichtet sein, die Abluft A zu befeuchten. The treatment device 18 may also comprise a filter element which is adapted to extract moisture from the exhaust air A. The filter element may comprise a desiccant such as silica beads. The silica beads may be scattered on a filter medium of the filter element and glued to it. Furthermore, the filter medium may be constructed in layers, wherein, for example, between two nonwoven layers, a layer of silica beads may be arranged. Additionally or optionally, the filter medium may comprise an absorber material, in particular a so-called superabsorber, a functionalized membrane or the like. Furthermore, the treatment device 18 can also be set up to humidify the exhaust air A.
Die Aufbereitungseinrichtung 18 kann ferner dazu eingerichtet sein, das Druckniveau anzupassen, das heißt, den Druck ggf. zu erhöhen oder zu erniedrigen, um eine Anpassung an den in dem Raum 19 herrschenden Druck zu erreichen. Die Aufbereitungs- einrichtung 18 kann auch dazu eingerichtet sein, die Abluft A mit Zusatzstoffen wie beispielsweise Duftstoffen anzureichern. The processing device 18 may further be adapted to adjust the pressure level, that is, to increase or decrease the pressure if necessary, in order to achieve an adaptation to the pressure prevailing in the space 19. The processing Device 18 may also be adapted to enrich the exhaust air A with additives such as fragrances.
Stromabwärts der Aufbereitungseinrichtung 18 ist eine dritte oder weitere Ventileinrichtung 23 vorgesehen, die mit der Aufbereitungseinrichtung 18 über einen Luftpfad 24 verbunden ist. Die Ventileinrichtung 23 ist mit Hilfe einer Signalleitung 25 mit der Steuereinrichtung 9 gekoppelt. Die Ventileinrichtung 23 ist vorzugsweise ein Mehrwegeventil. Die Ventileinrichtung 23 ist dazu eingerichtet, die Abluft A entweder über einen Luftpfad 26 in die Umgebung abzuleiten oder über einen Luftpfad 27 dem Raum 19 zuzuleiten. Der Raum 19 kann mit einem optionalen Luftpfad 28 mit der Ventileinrichtung 12 verbunden sein. Downstream of the treatment device 18, a third or further valve device 23 is provided, which is connected to the processing device 18 via an air path 24. The valve device 23 is coupled to the control device 9 with the aid of a signal line 25. The valve device 23 is preferably a multi-way valve. The valve device 23 is set up to discharge the exhaust air A either via an air path 26 into the environment or via an air path 27 to the space 19. The space 19 may be connected to the valve device 12 with an optional air path 28.
Die Akkumulator-Anordnung 6 kann eine optionale Belüftungs-Steuereinrichtung 29 aufweisen, die mit der Steuereinrichtung 9 über eine Signalleitung 30 gekoppelt ist. Die Belüftungs-Steuereinrichtung 29 kann auch eine Regeleinrichtung sein. Die Belüftungs- Steuereinrichtung 29 kann dazu eingerichtet sein, die Belüftung des Raums 19, bei- spielsweise durch Öffnen und Schließen von Fenstern oder Belüftungsöffnungen zu steuern. The accumulator arrangement 6 can have an optional ventilation control device 29, which is coupled to the control device 9 via a signal line 30. The vent control device 29 may also be a control device. The ventilation control device 29 may be configured to control the ventilation of the space 19, for example by opening and closing windows or ventilation openings.
Dem Lithium-Luft-Akkumulator 1 kann eine Filtereinrichtung 31 vorgeschaltet sein, die dazu eingerichtet ist die Zuluft L aufzubereiten. Insbesondere kann die Filtereinrichtung 31 dazu eingerichtet sein, die Zuluft L von Partikeln zu reinigen. Hierdurch wird ein Zu- setzen oder Verblocken der mesoporösen zweiten Elektrode 3 verhindert. The lithium-air accumulator 1 may be preceded by a filter device 31, which is adapted to process the supply air L. In particular, the filter device 31 may be configured to purify the supply air L of particles. As a result, an addition or blocking of the mesoporous second electrode 3 is prevented.
Weiterhin ist die Filtereinrichtung 31 auch dazu eingerichtet, in der Zuluft L enthaltene Schadgase herauszufiltern. Insbesondere ist die Filtereinrichtung 31 , wie die Aufbereitungseinrichtung 18, dazu eingerichtet, Schadgase wie Schwefeloxide SOx, Ammoniak NH3, Stickoxide NOx, Schwefelwasserstoff H2S, Kohlenmonoxid CO, Kohlendioxid CO2 chemisch aus der Zuluft L herauszufiltern. Diese Schadgase können als Katalysatorgifte wirken, die den an der zweiten Elektrode 3 vorgesehenen Katalysator dauerhaft schädigen können. Die Filtereinrichtung 31 kann zur chemischen Filterung beispielsweise Kaliumkarbonat K2CO3, Kalziumhydroxid Ca(OH)2 und/oder Aktivkohle aufweisen. Hierdurch bleibt die Katalysatorwirkung dauerhaft bestehen. Die Filtereinrichtung 31 ist vorzugsweise auch dazu eingerichtet, die dem Lithium-Luft- Akkumulator 1 zugeführte Zuluft L derart zu konditionieren, dass die Zuluft L eine vorgegebene relative Luftfeuchtigkeit aufweist. Insbesondere ist die Filtereinrichtung 31 dazu eingerichtet, der Zuluft L die gesamte Feuchtigkeit zu entziehen. Hierdurch wird eine Reaktion des metallischen Lithiums Li der ersten Elektrode 2 mit Wasser verhindert. Bei der Anwendung für andere Arten von Metall-Luft-Akkumulatoren wie beispielsweise Silizium-Luft-Akkumulatoren kann die Filtereinrichtung 31 dazu eingerichtet sein, einen definierten und gleichbleibenden Wert der Luftfeuchtigkeit zu gewährleisten. Die Funktionalität der Akkumulator-Anordnung 6 wird im Folgenden kurz erläutert. Bei der Entladung des Lithium-Luft-Akkumulators 1 wird diesem die aufbereitete Zuluft L zugeführt. Die Ventileinrichtung 13 ist so geschaltet, dass die sauerstoffabgereicherte Abluft A über den Luftpfad 1 6 in die Umgebung abgegeben wird. Furthermore, the filter device 31 is also adapted to filter out harmful gases contained in the supply air L. In particular, the filter device 31, like the treatment device 18, is adapted to chemically filter harmful gases such as sulfur oxides SO x , ammonia NH 3 , nitrogen oxides NO x , hydrogen sulfide H 2 S, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 from the supply air L. These noxious gases can act as catalyst poisons that can permanently damage the catalyst provided on the second electrode 3. The filter device 31 may have, for example, potassium carbonate K 2 CO 3 , calcium hydroxide Ca (OH) 2 and / or activated carbon for chemical filtering. As a result, the catalyst effect persists permanently. The filter device 31 is preferably also configured to condition the supply air L supplied to the lithium-air accumulator 1 in such a way that the supply air L has a predetermined relative air humidity. In particular, the filter device 31 is adapted to extract the supply air L, the entire moisture. This will be a Reaction of the metallic lithium Li of the first electrode 2 prevented with water. When used for other types of metal-air batteries such as silicon-air batteries, the filter device 31 may be configured to provide a defined and consistent level of humidity. The functionality of the accumulator assembly 6 will be briefly explained below. During the discharge of the lithium-air battery 1, the treated supply air L is supplied to it. The valve device 13 is switched so that the oxygen-depleted exhaust air A is discharged via the air path 1 6 in the environment.
Bei der Ladung des Lithium-Luft-Akkumulators 1 , bei der an der zweiten Elektrode 3 Sauerstoff 02 abgegeben wird, wird die zweite Ventileinrichtung 13 von der Steuereinrichtung 9 so angesteuert, dass die Abluft A über den Luftpfad 17 der Aufbereitungseinrichtung 18 zugeführt wird. In der Aufbereitungseinrichtung 18 wird die Abluft A, wie zuvor beschrieben, aufbereitet. Je nachdem, wie hoch der von der Steuereinrichtung 9 mit Hilfe der Sensoreinrichtung 21 ermittelte Sauerstoffgehalt in dem Raum 19 ist, wird die dritte Ventileinrichtung 23 entweder so angesteuert, dass die Abluft A über den Luftpfad 26 an die Umgebung abgegeben wird oder dass die Abluft A über den Luftpfad 27 in den Raum 19 geleitet wird. Liegt der ermittelte Sauerstoffgehalt in dem Raum 19 über einem vorbestimmten Sollwert, wird die Abluft A an die Umgebung abgegeben. Alternativ kann die sauerstoffangereicherte Abluft A mit Hilfe einer Speichereinrichtung gespei- chert werden, um beispielweise dem Lithium-Luft-Akkumulator 1 beim Entladen desselben wieder zugeführt zu werden. Die Speichereinrichtung kann ein Drucktank sein. Liegt der ermittelte Sauerstoffgehalt in dem Raum 19 unter dem Sollwert, wird die sauerstoffangereicherte Abluft A in den Raum 19 geleitet. Hierbei kann der Sauerstoffgehalt der Luft in dem Raum 19 höher sein als in der Umgebung. Hierdurch kann beispielswei- se die Konzentrationsfähigkeit eines Fahrers verbessert werden. When charging the lithium-air accumulator 1, in which at the second electrode 3 oxygen 0 2 is discharged, the second valve device 13 is controlled by the control device 9 so that the exhaust air A is supplied via the air path 17 of the processing device 18. In the treatment device 18, the exhaust air A, as described above, processed. Depending on how high the determined by the controller 9 by means of the sensor device 21 oxygen content in the space 19, the third valve device 23 is either driven so that the exhaust air A is discharged via the air path 26 to the environment or that the exhaust air A is passed via the air path 27 into the space 19. If the determined oxygen content in the space 19 is above a predetermined desired value, the exhaust air A is discharged to the environment. Alternatively, the oxygen-enriched exhaust air A can be stored with the aid of a storage device in order, for example, to be fed back to the lithium-air accumulator 1 when it is being unloaded. The storage device may be a pressure tank. If the determined oxygen content in the space 19 is below the desired value, the oxygen-enriched exhaust air A is conducted into the space 19. Here, the oxygen content of the air in the space 19 may be higher than in the environment. In this way, for example, the ability of a driver to concentrate can be improved.
Falls der Sauerstoffgehalt in dem Raum 19 zu hoch ist, kann mit Hilfe der Belüftungs- Steuereinrichtung 29 der Sauerstoffgehalt sehr schnell durch ein Belüften des Raums 19 gesenkt werden. Die in dem Raum 19 enthaltene Luft kann weiterhin über den optionalen Luftpfad 28 der ersten Ventileinrichtung 12 als Zuluft L für den Lithium-Luft-Akku- mulator 1 zugeführt werden. If the oxygen content in the space 19 is too high, the oxygen content can be lowered very rapidly by ventilating the space 19 with the aid of the ventilation control device 29. The air contained in the space 19 can continue to be supplied via the optional air path 28 of the first valve device 12 as a supply air L for the lithium-air battery 1 Akku-.

Claims

Ansprüche claims
1 . Akkumulator-Anordnung (6) für ein Fahrzeug, mit einem Metall -Luft- Akkumulator (1 ), einer Aufbereitungseinrichtung (18) zum Aufbereiten von sauerstoffangereicherter Abluft (A) des Metall-Luft-Akkumulators (1 ) und einer Steuereinrichtung (9), wel- che an eine Sensoreinrichtung (21 ) zum Ermitteln des Sauerstoffgehalts in einem Raum (19) des Fahrzeugs gekoppelt ist, und welche dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung (21 ) eine Ventileinrichtung (23) derart anzusteuern, dass die Abluft (A) in den Raum (19) eingeleitet wird, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Raum (19) unter einem vorbestimmten Sollwert ist.  1 . Accumulator assembly (6) for a vehicle, comprising a metal-air accumulator (1), a treatment device (18) for processing oxygen-enriched exhaust air (A) of the metal-air accumulator (1) and a control device (9), which is coupled to a sensor device (21) for determining the oxygen content in a space (19) of the vehicle, and which is set up to control a valve device (23) in dependence on sensor signals of the sensor device (21) in such a way that the exhaust air (A) is introduced into the space (19) when the oxygen content in the space (19) is below a predetermined set point.
2. Akkumulator-Anordnung nach Anspruch 1 , wobei die Aufbereitungseinrichtung (18) dazu eingerichtet ist, Partikel aus der Abluft (A) herauszufiltern. Second accumulator assembly according to claim 1, wherein the processing device (18) is adapted to filter out particles from the exhaust air (A).
3. Akkumulator-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aufbereitungseinrichtung (18) dazu eingerichtet ist, die Abluft (A) chemisch zu filtern. 3. Accumulator assembly according to claim 1 or 2, wherein the processing device (18) is adapted to chemically filter the exhaust air (A).
4. Akkumulator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Aufbereitungs- einrichtung (18) dazu eingerichtet ist, eine Luftfeuchtigkeit der Abluft (A) zu konditi- onieren. 4. Accumulator arrangement according to one of claims 1-3, wherein the treatment device (18) is adapted to a humidity of the exhaust air (A) to konditi- onions.
5. Akkumulator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Aufbereitungseinrichtung (18) dazu eingerichtet ist, ein Druckniveau der Abluft (A) an ein Druckniveau des Raums (19) anzupassen. 5. Accumulator arrangement according to one of claims 1 - 4, wherein the processing device (18) is adapted to adjust a pressure level of the exhaust air (A) to a pressure level of the space (19).
6. Akkumulator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Aufbereitungseinrichtung (18) dazu eingerichtet ist, der Abluft (A) Duftstoffe hinzuzufügen. 6. Accumulator arrangement according to one of claims 1-5, wherein the treatment device (18) is adapted to the exhaust air (A) add fragrances.
7. Akkumulator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei eine weitere Ventileinrichtung (13) der Akkumulator-Anordnung (6) von der Steuereinrichtung (9) so ansteuerbar ist, dass die Abluft (A) beim Entladen des Lithium-Luft-Akkumulators (1 ) in die Umgebung und beim Laden des Lithium-Luft-Akkumulators (1 ) in die Aufbereitungseinrichtung (18) leitbar ist. 7. Accumulator arrangement according to one of claims 1 - 6, wherein a further valve means (13) of the accumulator assembly (6) by the control device (9) is controlled so that the exhaust air (A) during discharge of the lithium-air Accumulator (1) in the environment and when loading the lithium-air battery (1) in the processing device (18) is conductive.
8. Akkumulator-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei die Akkumulator- Anordnung (6) eine Belüftungs-Steuereinrichtung (29) umfasst, die dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung den Raum (19) zu belüften, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Raum (19) über dem vorbestimmten Sollwert ist. 8. Accumulator device according to one of claims 1-7, wherein the accumulator arrangement (6) comprises a ventilation control device (29) which is adapted to ventilate the space (19) in response to sensor signals of the sensor device when the Oxygen content in the space (19) is above the predetermined setpoint.
9. Akkumulator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei die Steuereinrichtung (9) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung (21 ) die Ventileinrichtung (23) derart anzusteuern, dass die Abluft (A) in die Umgebung oder in eine Speichereinrichtung eingeleitet wird, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Raum (19) über dem vorbestimmten Sollwert ist. 9. Accumulator arrangement according to one of claims 1-8, wherein the control device (9) is adapted to control in response to sensor signals of the sensor device (21), the valve device (23) such that the exhaust air (A) in the environment or is introduced into a storage device when the oxygen content in the space (19) is above the predetermined set point.
10. Akkumulator-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei die Akkumulator- Anordnung (6) eine dem Metall -Luft- Akkumulator (1 ) vorgeschaltete Filtereinrichtung (31 ) umfasst, die dazu eingerichtet ist, dem Metall -Luft- Akkumulator (1 ) zugeführte Zuluft (L) von Partikeln und/oder Schadgasen zu reinigen und/oder eine Luftfeuchtigkeit der Zuluft (L) so zu konditionieren, dass die Zuluft (L) eine vorgegebene relative Luftfeuchtigkeit aufweist. 10. Accumulator arrangement according to one of claims 1 - 9, wherein the accumulator arrangement (6) comprises a metal-air accumulator (1) upstream filter means (31) which is adapted to the metal-air accumulator ( 1) supplied supply air (L) of particles and / or noxious gases to clean and / or a humidity of the supply air (L) to condition so that the supply air (L) has a predetermined relative humidity.
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