DE102008006920A1 - Electrical storage e.g. battery, for electrical consumer in automotive industry, has limiting wall designed as double wall and for surrounding storage, where double wall has inner and outer walls arranged at distance to each other - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Speicher, insbesondere eine Batterie, vorzugsweise eine Lithiumbatterie, mit mindestens einer den Speicher umgebenden Begrenzungswand.The The invention relates to an electrical storage, in particular a Battery, preferably a lithium battery, with at least one the boundary wall surrounding the storage.
Stand der TechnikState of the art
Neuartige elektrische Speicher, vorzugsweise Hochenergie- und Hochleistungsspeicher, insbesondere Lithiumbatterien und Doppelschichtkondensatoren, werden in unterschiedlichen technischen Bereichen, wie beispielsweise der Automobilindustrie, eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine hohe spezifische Energiedichte aus, die auf die Verwendung hochreaktiver Inhaltsstoffe, insbesondere Elektrolyte, zurückzuführen ist. Diese Inhaltsstoffe sind häufig brennbar und können bei einer Verbrennung giftige Stoffe freisetzen. Ferner reagieren einige der verwendeten Inhaltsstoffe sehr stark und unkontrolliert mit anderen Stoffen, beispielsweise reagieren Lithiumsalze aus Lithiumbatterien sehr stark mit Wasser. Bei einer Beschädigung oder einer Fehlfunktion eines solchen elektrischen Speichers besteht die Gefahr, dass chemische Reaktionen auftreten, die zu einer Gefährdung des Umfeldes durch einen Austritt von giftigen Gasen, ätzenden Flüssigkeiten, durch Funkenflug, Feuer oder durch Explosion führen. Eine zusätzliche Gefahr geht insbesondere von Batterien aus. Eine Batterie weist in ihrem Inneren Separatoren auf, die verschiedene Inhaltsstoffe räumlich voneinander trennen aber einen Ionenaustausch zwischen den Inhaltsstoffe zulassen. Um diesen Ionenaustausch zu begünstigen, sind die Separatoren dünnwandig ausgeführt, weshalb sie schnell durch Alterung, mechanische Beanspruchung und/oder Hitzeeinwirkung zerstört werden können. Die Folge einer Zerstörung dieser Separatoren, wie beispielsweise bei einer Überbelastung durch einen Kurzschluss, ist ein Melt-Down der Batterie, das heißt, wird ein Separator zerstört, so werden die getrennten Inhaltsstoffe in der Batterie vermischt und die darin enthaltene Energie wird schlagartig freigesetzt. Dies kann zu einem Aufreißen, Aufplatzen, Abschmelzen und/oder Explodieren der Batterie führen, wodurch die gefährlichen Inhaltsstoffe in das Umfeld der Batterie freigesetzt werden. Um einem Melt-Down entgegen wirken zu können, werden im Stand der Technik Separatoren eingesetzt, die bei einer Überhitzung den Ionenaustausch zwischen getrennten Inhaltsstoffen in der Batterie unterbinden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass eine anorganische (keramische) Schicht ein Durchbrennen der Separatoren verhindert, während organische, poly mere Bestandteile des Separators durch Schmelzen einen Ionenaustausch durch den Separator blockieren und somit ein Abschalten (Shut-Down) der Batterie bewirken.new electrical storage, preferably high energy and high performance storage, especially lithium batteries and double layer capacitors in different technical areas, such as the Automotive industry, used. They are characterized by a high specific Energy density based on the use of highly reactive ingredients, especially electrolytes, is due. These ingredients are often flammable and can release toxic substances during combustion. Further react some of the ingredients used are very strong and uncontrolled with other substances, for example, lithium salts react from lithium batteries very strong with water. In case of damage or a Malfunction of such an electrical storage is at risk that chemical reactions occur, leading to a hazard of the environment due to leakage of toxic gases, corrosive Liquids, by flying sparks, fire or by explosion to lead. An additional danger goes in particular from batteries. A battery has separators inside it, the different ingredients spatially separate but allow an ion exchange between the ingredients. Around favoring this ion exchange are the separators thin-walled, which is why they quickly through Aging, mechanical stress and / or heat damage destroyed can be. The consequence of a destruction of this Separators, such as in an overload through a short circuit, is a melt-down of the battery, that is, if a separator is destroyed, then the separated ingredients in the battery is mixed and the energy contained therein is abrupt released. This can lead to a ripping, bursting, Cause melting and / or exploding of the battery, causing the dangerous ingredients in the environment of the battery be released. To counteract a melt-down, Separators are used in the prior art, which in case of overheating the ion exchange between separate ingredients in the battery prevention. This is achieved for example by a inorganic (ceramic) layer burn through the separators prevents, while organic, poly mers components of Separators by melting an ion exchange through the separator block and thus cause a shutdown (shutdown) of the battery.
Aus
der
Als weitere Gegenmaßnahme gegen einen Melt-Down werden elektrische Speicher durch spezielle Batteriemanagementsysteme überwacht. Diese Batteriemanagementsysteme müssen speziell für ihren Einsatzbereich dimensioniert werden, da diese Systeme die Schwere einer auftretenden Fehlfunktion nicht selbstständig einordnen und damit nicht selbstständig darauf angemessen reagieren können. Dadurch ist ihre Anwendung sehr aufwendig.When Another countermeasure against a melt-down will be electrical Memory monitored by special battery management systems. These battery management systems must be specially designed for be dimensioned their area of application, since these systems the Severity of a malfunction does not occur automatically arrange and thus not independently appropriate can react. As a result, their application is very expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen elektrischen Speicher zu schaffen, welcher über seine Lebensdauer hinweg sicher betrieben werden kann, indem insbesondere sowohl eine Beschädigung des elektrischen Speichers durch mechanische Einwirkungen als auch durch Hitzeeinwirkungen vorgebeugt wird, um gefährliche chemische Reaktionen und ein Austreten gefährlicher Inhaltsstoffe aus dem elektrischen Speicher in dessen Umfeld zu verhindern.Of the Invention is the object of an electrical memory to create which safely over its lifetime can be operated by, in particular, both a damage of electrical storage due to mechanical effects as well is prevented by heat to dangerous chemical reactions and leakage of hazardous ingredients to prevent from the electrical storage in its environment.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Begrenzungswand mindestens bereichsweise als Doppelwand ausgelegt ist. Der elektrische Speicher ist durch die Doppelwand auslauf- und entweichungssicher für seine Inhaltsstoffe gestaltet. Die Doppelwand umgibt einen möglichst großen Bereich des elektrischen Speichers, um auf diese Weise einen möglichst großen Schutz zur erzeugen. Vorzugsweise werden jene Bereiche des elektrischen Speichers in dieser Art geschützt, die starken Beanspruchungen aus dessen Inneren oder aus dessen Umfeld ausgesetzt sind. Wird der elektrische Speicher von innen heraus beschädigt, zum Beispiel durch einen Kurzschluss, oder von außen beschädigt, zum Beispiel durch einen Schlag, so verhindert die Doppelwand teilweise oder vollständig ein Durchbrechen der Begrenzungswand und somit ein Austreten der Inhaltsstoffe. Der Gegenstand der Erfindung beugt somit einer Beschädigung durch mechanische Einwirkungen als auch eine Beschädigung durch Hitzeeinwirkungen vor, wodurch ein sicherer Betrieb gewährleistet ist. Das Auslösen einer unkontrollierten chemischen Reaktion und deren Auswirkungen wie Platzen, Aufreißen und Aufschmelzen des elektrischen Speichers wird dadurch verhindert. Ferner werden deren Folgen wie ein Austreten der Inhaltsstoffe in das Umfeld, Funkenflug, Feuer und Explosion durch diese Maßnahme vorgebeugt. Als Werkstoffe für die Doppelwand eignen sich insbesondere säureresistente Kunststoffe und Metalle sowie deren Verbundstoffe. Der erfindungsgemäße elektrische Speicher kann eine Batterie sein, wobei sowohl wieder aufladbare Batterien – Akkumulatoren – als auch nicht wiederaufladbare Batterien denkbar sind. Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Speichers stellt ein Kondensator dar. Insbesondere eignet sich die Erfindung zum Schutz von Hochenergie- und Hochleistungsspeichern, wie beispielsweise wiederaufladbare Lithiumbatterien und Doppelschichtkondensatoren.The object is achieved in that the boundary wall is at least partially designed as a double wall. The electrical storage is designed by the double wall spill and leakage safe for its ingredients. The double wall surrounds the largest possible area of the electrical storage in order to produce as much protection as possible in this way. Preferably, those areas of the electrical storage are protected in this way, the strong stresses are exposed from its interior or from its environment. If the electrical storage is damaged from the inside, for example by a short circuit, or damaged from the outside, for example by a blow, the double wall prevents partially or completely breaking through the boundary wall and thus leakage of the ingredients. The object of the invention thus prevents damage by mechanical effects as well as damage caused by heat, whereby a safe operation is ensured. The triggering of an uncontrolled chemical reaction and its effects such as bursting, rupturing and melting of the electrical storage is thereby prevented. Furthermore, their consequences such as leakage of the ingredients into the environment, flying sparks, fire and explosion are prevented by this measure. Suitable materials for the double wall are in particular acid-resistant plastics and metals and their composites. The electrical storage device according to the invention may be a battery, with both rechargeable batteries - accumulators - and non-rechargeable batteries are conceivable. Another embodiment of the invention In particular, the invention is suitable for the protection of high-energy and high-performance storage, such as rechargeable lithium batteries and double-layer capacitors.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektrische Speicher aus einer oder mehreren Speicherzellen zusammengesetzt und mindestens eine Speicherzelle die Begrenzungswand aufweist. In dieser vorteilhaften Ausgestaltungsform werden einzelne Speicherzellen in einem gemeinschaftlichen Verbund durch die mindestens eine als Doppelwand ausgeführte Begrenzungswand gegeneinander abgegrenzt und geschützt, wobei der Verbund als Modul und/oder als elektrischer Speicherkomplex zusammengeschaltet werden kann. Bei einer Beschädigung einer der Speicherzellen in dem Verbund, wird dieser durch die Abgrenzung vor einer Kettenreaktion im Inneren geschützt. Es ist ferner möglich, einen Verbund einfachwandig und/oder doppelwandig ausgeführter Speicherzellen mittels der Doppelwand im Ganzen zu umgeben und zu schützen.In A preferred embodiment provides that the electrical memory of one or more memory cells assembled and at least one memory cell the boundary wall having. In this advantageous embodiment, individual Memory cells in a joint network through the at least a designed as a double wall boundary wall against each other demarcated and protected, the composite as a module and / or can be interconnected as an electrical storage complex. In a damaged one of the memory cells in the Composite, this is characterized by the delimitation of a chain reaction protected inside. It is also possible to have a Composite single-walled and / or double-walled executed Surround memory cells by means of the double wall as a whole and to protect.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Doppelwand eine Innenwand und eine Außenwand aufweist. Die Innenwand schließt die im elektrischen Speicher enthaltenen Inhaltsstoffe ein. Die Außenwand bietet eine zusätzliche Schutzeinrichtung für die Innenwand zum Umfeld des elektrischen Speichers.To A development of the invention is provided that the double wall having an inner wall and an outer wall. The inner wall closes the ingredients contained in the electrical memory. The Exterior wall provides additional protection for the inner wall to the environment of the electrical storage.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innenwand flexibel ausgeführt ist. Während des Betriebs eines elektrischen Speichers kommt es in Abhängigkeit von Temperatur und Ladezustand zu Ausdehnungen oder Kontraktion der Inhaltsstoffe – sogenannten elektro-geometrischen Veränderungen – wodurch ein Druck gegen die Innenwand erzeugt wird. Eine flexible Ausführung der Innenwand ermöglicht den Druck mindestens teilweise auszugleichen, um somit ein Durchbrechen der Innenwand vorzubeugen.To A development of the invention is provided that the inner wall is flexible. During operation of an electrical storage depends on Temperature and state of charge to expansions or contraction of the ingredients - so-called electro-geometric changes - which a pressure is generated against the inner wall. A flexible design the inner wall allows the pressure at least partially compensate, so as to prevent breakage of the inner wall.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Außenwand starr ausgeführt ist. Diese Ausführungsform der Außenwand schützt die Innenwand vor Schäden die durch mechanische Einwirkungen aus dem Umfeld hervorgerufen werden, wie bei spielsweise Stoß, Kerbwirkung und Verformungen. Weiter verstärkt die starre Außenwand eine flexibel ausgeführte Innenwand, indem sie hohen Drücken aus dem Inneren mindestens teilweise entgegenwirkt. Ferner hält die starre Außenwand durch ihre Festigkeit Drücke gegen das Umfeld zurück wie sie beispielsweise bei einem Aufplatzen der Innenwand vorkommen.To A development of the invention is provided that the outer wall is rigid. This embodiment of the Exterior wall protects the inside wall from damage caused by mechanical influences from the environment be, as for example shock, notch effect and deformations. Furthermore, the rigid outer wall reinforces a flexible executed inside wall by pushing high counteracts from the inside at least partially. Further stops the rigid outer wall by their strength pressures back against the environment as you for example at a Bursting of the inner wall occur.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innenwand und die Außenwand mindestens bereichsweise voneinander beabstandet sind. Dies hat den Zweck, der Innenwand eine Möglichkeit zur Ausdehnung zu geben. Weiter wird dadurch ein Spaltraum zwischen Innen- und Außenwand gebildet und damit die Innenwand von der Außenwand entkoppelt; dies verhindert, dass destruktive Kräfte vollständig von einer Wand zur anderen Wand weitergeleitet werden.To A development of the invention is provided that the inner wall and the outer wall at least partially from each other are spaced. This has the purpose of making the inner wall a possibility to expand. Next is thereby a gap between Inner and outer wall formed and thus the inner wall of the outer wall decoupled; This prevents destructive Forces completely from one wall to the other Wall forwarded.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich mindestens bereichsweise ein Medium zwischen Innen- und Außenwand befindet. Durch Einbringen des Mediums können zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen realisiert werden, die insbesondere dann greifen, wenn entweder die Innenwand, die Außenwand oder wenn beide Wände beschädigt sind.To a development of the invention is provided that at least partially a medium between the inner and outer wall located. By introducing the medium can additional security measures be realized, which are particularly effective if either the inner wall, the outer wall or if both walls are damaged.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Medium ein elektrischer Isolator, ein Wärmeisolator, ein chemischer Inhibitor und/oder ein elektrochemischer Inhibitor ist. Die verschiedenen Ausführungsformen des Mediums besitzen unterschiedliche Schutzeigenschaften für den elektrischen Speicher. Ist das Medium ein elektrischer Isolator, so verhindert dieser einen Kurzschluss des elektrischen Speichers bei einem Austreten der Inhaltsstoffe aus einer beschädigten Stelle der Innenwand in das Medium. Ist das Medium ein Inhibitor (Hemmstoff), sowohl chemisch als auch elektro-chemisch, dann verlangsamt, vermindert und/oder unterbindet der Inhibitor Reaktionen eines austretenden Inhaltsstoffes, wodurch gefährliche Reaktionen verhindert und gefährliche Stoffe neutralisiert werden. Ist das Medium als Wärmeisolator ausgeführt, so schützt es den elektrischen Speicher vor Hitzeeinwirkungen aus dem Umfeld. Ferner schützt der Wärmeisolator das Umfeld vor einer Hitzeentwicklung, die aus dem Innern des elektrischen Speichers kommt, wie sie zum Beispiel bei einer Fehlfunktion wie einem Kurzschluss entstehen kann. Besteht der elektrische Speicher aus einer Mehrzahl von Speicherzellen, so trennt das wärmeisolierende Medium die Speicherzellen thermisch voneinander und beugt so einer Kettenreaktion vor.To A development of the invention is provided that the medium an electrical insulator, a heat insulator, a chemical Inhibitor and / or an electrochemical inhibitor. The different Embodiments of the medium have different Protection properties for the electrical storage. is the medium is an electrical insulator, so this one prevents Short circuit of the electrical accumulator upon leakage of the ingredients from a damaged area of the inner wall into the medium. Is the medium an inhibitor (inhibitor), both chemically and electro-chemically, then slowed down, diminished and / or prevented the inhibitor reactions of an exiting ingredient, thereby prevents dangerous reactions and dangerous Substances are neutralized. Is the medium as a heat insulator executed, so it protects the electrical storage from the effects of heat from the environment. Furthermore, protects the Heat insulator the environment from a heat that comes from the interior of the electrical storage, as they do for example in case of a malfunction such as a short circuit. Consists the electrical memory of a plurality of memory cells, Thus, the heat-insulating medium separates the memory cells thermally from each other and thus prevents a chain reaction.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Medium gasförmig, flüssig und/oder fest ist. Im Falle eines gasförmigen Mediums ist vorzugsweise ein inertes Gas zu wählen, da dieses kaum oder nicht mit anderen Stoffen reagiert.To A development of the invention is provided that the medium gaseous, liquid and / or solid. In the event of a gaseous medium is preferably an inert Gas to choose, since this hardly or not with other substances responding.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Medium ein kompressibles Medium ist. Die Kompressibilität des Mediums ermöglicht eine Relativbewegung der Innenwand bezüglich der Außenwand, die für einen Ausgleich elektro-geometrischer Veränderungen der Inhaltsstoffe notwendig ist.To A development of the invention is provided that the medium is a compressible medium. The compressibility of the Medium allows a relative movement of the inner wall with respect the outer wall, for a balance electro-geometric Changes in the ingredients is necessary.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Medium ein Dichtungsmedium ist. Ein derartiges Dichtungsmedium dichtet im Falle einer Beschädigung, insbesondere eines Durchbruchs, der Innen- und/oder der Außenwand die Beschädigungsstelle ab. Dies kann an der Außenwand beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Dichtungsmedium in Verbindung mit Luft aushärtet. Damit wird ein Eindringen von Funken, Feuer, Gasen und gefährlichen Stoffen aus dem Umfeld in den elektrischen Speicher und ein Austreten der Inhaltsstoffe aus dem elektrischen Speicher in das Umfeld verhindert.To A development of the invention is provided that the medium is a sealing medium. Such a sealing medium seals in the case of damage, in particular a breakthrough, the inner and / or the outer wall the damaged area from. This can be done on the outer wall, for example, by that the sealing medium hardens in combination with air. This will cause sparks, fire, gases and dangerous intrusion Substances from the environment in the electrical storage and leakage the ingredients from the electrical storage in the environment prevented.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das gasförmige Medium ein Edelgas und/oder Kohlendioxyd (CO2) ist. Die Verwendung dieser Medien erschwert und/oder verhindert eine Entzündung des elektrischen Speichers bei starker Erhitzung, da sie den für einen Brand benötigten Sauerstoff verdrängen.According to a development of the invention, it is provided that the gaseous medium is a noble gas and / or carbon dioxide (CO 2 ). The use of these media complicates and / or prevents ignition of the electrical storage when heated, as they displace the oxygen needed for a fire.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das feste Medium Polyamid und/oder Polyethylen ist. Die Ausführung des Mediums als Polyamid führt zu einem verbesserten Schutz gegen mechanische Einwirkungen, da sich Polyamid durch eine hohe Zähigkeit und Festigkeit auszeichnet. Die Ausführung des Mediums als Polyethylen bewirkt einen hohen Schutz gegen ein Austreten aggressiver Inhaltsstoffe, da Polyethylen gegen aggressive Chemikalien sehr resistent ist.To a development of the invention is provided that the fixed Medium is polyamide and / or polyethylene. Execution of the medium as a polyamide leads to improved protection against mechanical influences, since polyamide has a high Toughness and strength distinguishes. Execution of the medium as polyethylene provides high protection against Leakage of aggressive ingredients, as polyethylene is aggressive Chemicals is very resistant.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Messvorrichtung, die mindestens bereichsweise eine mechanische Spannung der Doppelwand misst, vorgesehen. Eine derartige Messvorrichtung kann beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen realisiert sein. Die Messung der mechanischen Spannung der Doppelwand kann sowohl an der Innenwand als auch an der Außenwand erfolgen. Sie lässt einen Rückschluss zu, ob eine Krafteinwirkung vorliegt und ob die Begrenzungswand beschädigt ist, wobei ein schneller Spannungsanstieg durch eine Krafteinwirkung von innen oder von außen her beigeführt wird und ein schneller Spannungsabfall auf einer Entlastung der Wand durch einen Riss hindeutet. Ferner gibt die Messung der mechanischen Spannungen Information über die Vollständigkeit des in der Doppelwand befindlichen Mediums, da eine dauerhaft zu niedrige Spannung auf einen Verlust des Mediums schließen lässt.To a development of the invention is at least one measuring device, the at least partially a mechanical stress of the double wall measures, provided. Such a measuring device can, for example be realized by strain gauges. The measurement of mechanical Voltage of the double wall can be on both the inner wall and on the outer wall done. She leaves a conclusion to whether there is a force and whether the boundary wall is damaged, with a rapid voltage increase due to a force from the inside or from the outside and a quick drop in voltage on a discharge Wall indicated by a crack. Furthermore, the measurement gives the mechanical Voltages Information about the completeness of the medium in the double wall, as a permanently zu low voltage to indicate a loss of medium leaves.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Messvorrichtung, die mindestens an einer Stelle eine Temperatur des Mediums misst, vorgesehen. Die Messung der Temperatur des Mediums lässt Rückschlüsse auf die aktuelle Batteriebelastung und auf den physikalischen und chemischen Zustand des Mediums zu. Auf diese Weise kann überwacht werden, ob die Batterie überbeansprucht wird und/oder ob das Medium in einem für seine Aufgabe geeigneten Zustand vorliegt, beispielsweise, ob es nicht gefroren ist. Eine sehr schnelle und/oder unerwartete Änderung der Temperatur weist auf eine Funktionsstörung des elektrischen Speichers hin, da derartige Änderungen bei Fehlfunktion wie Kurzschlüsse vorkommen.To a development of the invention is at least one measuring device, which measures at least at one point a temperature of the medium, intended. The measurement of the temperature of the medium leaves Conclusions on the current battery load and on the physical and chemical state of the medium too. On this way it can be monitored if the battery is overstressed and / or whether the medium is suitable for its task Condition exists, for example, if it is not frozen. A very fast and / or unexpected change in temperature indicates a malfunction of the electrical storage because such changes in malfunction such as short circuits occurrence.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Messvorrichtung, die mindestens an einer Stelle eine Wasserstoffkonzentration des Mediums misst, vorgesehen. Durch den Einsatz eines Wasserstoffsensors kann ein Eintritt von Wasser in das Medium erkannt werden, wodurch eine Undichtigkeit der Doppelwand detektiert ist.To a development of the invention is at least one measuring device, which at least at one point a hydrogen concentration of Mediums measures, provided. By using a hydrogen sensor An entry of water into the medium can be detected, thereby a leak of the double wall is detected.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Messvorrichtung, die mindestens an einer Stelle eine optische Messung des Mediums vornimmt, vorgesehen. Der Einsatz optischer Sensoren ist insbesondere bei gasförmigen Medien vorteilhaft. Die Messvorrichtung durchstrahlt das Medium und kann den Zustand des Mediums und Veränderungen von diesem Zustand aus dessen Lichtabsorption, Reflexion, Luminiszenzerscheinung und/oder aus dessen Brechungsindex detektieren. Eine schnelle Veränderung des Zustands deutet auf eine Fehlfunktion hin, da derartige Veränderungen durch eine Beaufschlagung des Mediums mit einem Fremdstoff entstehen.To a development of the invention is at least one measuring device, the at least at one point an optical measurement of the medium provided. The use of optical sensors is particular advantageous for gaseous media. The measuring device radiates through the medium and can change the state of the medium and changes of this state from its light absorption, reflection, luminescence appearance and / or from its refractive index. A quick change of the condition indicates a malfunction, since such changes caused by an exposure of the medium with an impurity.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Messvorrichtung vorgesehen, die mindestens an einer Stelle einen pH-Wert des Mediums in der Doppelwand misst. Eine schnelle Änderung des pH-Werts weist auf eine Beaufschlagung des Mediums durch einen Fremdstoff hin. Eine langsame und/oder stetige Änderung des pH-Werts weist auf Alterungsprozesse des Mediums hin, die zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Mediums führen können.To a development of the invention is at least one measuring device provided, the at least at one point a pH of the medium in the double wall measures. A quick change in pH indicates an impingement of the medium by an impurity out. A slow and / or steady change in pH indicates aging processes of the medium that lead to functional impairment of the medium.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Messvorrichtung vorgesehen, die mindestens an einer Stelle eine elektrische Leitfähigkeit des Mediums misst. Dafür wird vorzugsweise ein Leitfähigkeitssensor und/oder ein impedimetrischer Sensor eingesetzt. Eine Änderung der Leitfähigkeit lässt einen Rückschluss auf eine Änderung der chemischen Zusammensetzung zu. Dabei weist eine schnelle Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit auf einen Eintritt eines Fremdstoffes in das Medium hin. Steigt die Leitfähigkeit, so ist ein elektrisch leitender Fremdstoff in das Medium eingetreten. Dies kann beispielsweise Wasser aus dem Umfeld oder Inhaltsstoffe aus dem Inneren des elektrischen Speichers sein. Sinkt die Leitfähigkeit, so ist ein elektrisch isolierender Fremdstoff in das Medium eingetreten. Eine langsame und/oder stetige Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit weist dagegen auf Alterungsprozesse des Mediums hin, die zur Funktionsunfähigkeit führen können. Ist beispielsweise das flüssige Medium ein Elektrolyt, dessen Ionenleitfähigkeit gemessen wird, verringert sich die Leitfähigkeit des Mediums langsam durch Vorhandensein von Reaktions- und Korrosionserscheinungen zwischen dem Medium und den an das Medium angrenzenden Werkstoffen.According to a development of the invention, at least one measuring device is provided which measures at least at one point an electrical conductivity of the medium. For this purpose, preferably a conductivity sensor and / or an impedimetric sensor is used. A change in the conductivity allows a conclusion to a change in the chemical composition. In this case, a rapid change in the electrical conductivity indicates an entry of a foreign substance into the medium. If the conductivity increases, an electrically conductive foreign substance has entered the medium. This may be, for example, water from the environment or ingredients from the interior of the electrical storage. If the conductivity drops, then an electrically insulating foreign substance has entered the medium. A slow and / or steady change in the electrical On the other hand, conductivity indicates aging processes of the medium, which can lead to inability to function. For example, if the liquid medium is an electrolyte whose ionic conductivity is measured, the conductivity of the medium will slowly decrease due to the presence of reaction and corrosion phenomena between the medium and the materials adjacent to the medium.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Messvorrichtung vorgesehen, die mindestens an einer Stelle einen Druck des Mediums misst. Der Druck kann dabei beispielsweise durch piezoelektrische Drucksensoren gemessen werden. Die Messung des Drucks, insbesondere von flüssigen und/oder gasförmigen Medien, lässt Rückschlüsse auf den Zustand und auf die Vollständigkeit des Mediums zu. Sie ermöglicht beispielsweise ein Aufreißen der Außenwand auf Grund eines überhöhten Drucks im Inneren des elektrischen Speichers zu detektieren, da in diesem Fall der Druck schnell und stark abfällt. Ist der Druck dauerhaft zu niedrig, deutet dies darauf hin, dass das Medium nicht vollständig ist.To a development of the invention is at least one measuring device provided that measures at least at one point a pressure of the medium. The pressure can be, for example, by piezoelectric pressure sensors be measured. The measurement of pressure, especially of liquid and / or gaseous media, allows conclusions on the condition and on the completeness of the medium to. It allows, for example, a tearing the outer wall due to excessive pressure to detect inside the electrical storage, since in this Case the pressure drops rapidly and sharply. Is the pressure permanently too low, this indicates that the medium is not is complete.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Überdruckventil vorgesehen, das einen Überdruck innerhalb der Doppelwand verhindert. Dieses Überdruckventil kann einen überhöhten Druck des Mediums aus der Doppelwand an das Umfeld leiten, um so ein Durchbrechen der Begrenzungswand durch Überbelastung zu verhindern.To a development of the invention is at least one pressure relief valve provided that a positive pressure within the double wall prevented. This pressure relief valve can be an excessive pressure of the medium from the double wall to the environment so as to break through to prevent the boundary wall from overloading.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Doppelwand mindestens einen Beschädigungssensor aufweist. Ein solcher Sensor ermöglicht die Detektion einer Beschädigung, insbesondere eines Durchbruchs, in der überwachten Doppelwand.To A development of the invention is provided that the double wall has at least one damage sensor. Such a Sensor allows the detection of damage, in particular a breakthrough, in the monitored double wall.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Messvorrichtung vorgesehen, die dem Beschädigungssensor zugeordnet ist. Diese Messvorrichtung hat die Aufgabe, die vom Beschädigungssensor gemessenen Werte aufzunehmen, aufzubereiten, weiterzuleiten und/oder zu analysieren.To a development of the invention, a measuring device is provided, which is assigned to the damage sensor. This measuring device has the task of measuring the damage sensor To record, prepare, forward and / or analyze values.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Beschädigungssensor auf und/oder in der Innenwand und/oder der Außenwand angeordnet ist. Ferner können Beschädigungssensoren auch beidseitig an einer oder beiden Wänden angebracht sein. Es sind auch Kombinationen der Ausführungsformen denkbar.To a development of the invention is provided that at least a damage sensor on and / or in the inner wall and / or the outer wall is arranged. Furthermore, damage sensors can also attached to both sides of one or both walls be. They are also combinations of the embodiments conceivable.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Beschädigungssensor mindestens eine Leiterbahn ist. Diese Ausgestaltung des Sensors ermöglicht anhand einer elektrischen Widerstandsmessung und/oder elektrischen Durchflussmessung ihre Unversehrtheit zu prüfen. Ist die elektrische Durchlässigkeit nicht gegeben, so liegt eine Unterbrechung der Leiterbahn vor und damit eine Beschädigung im Bereich der Leiterbahn. Eine Mehrzahl vorzugsweise parallel zueinander verlaufender Leiterbahnen ermöglicht einen großen Bereich der Begrenzungswand zu überwachen, wobei der Ort und das Ausmaß einer Beschädigung verbessert erfasst wird als bei einer Überwachung mit einer Leiterbahn.To A development of the invention is provided that the damage sensor at least one track is. This embodiment of the sensor allows using an electrical resistance measurement and / or electrical flow measurement to verify its integrity. If the electrical permeability is not given, so is an interruption of the conductor before and thus damage in the area of the conductor track. A plurality preferably parallel to each other running tracks allows a large Monitor area of the boundary wall, taking the place and the extent of damage improved detected is considered when monitoring with a trace.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen netzartig angeordnet sind. Diese Art der Anordnung setzt eine mehrschichtige Anordnung der Leiterbahnen voraus. Die gleichzeitige Durchtrennung mehrerer Leiterbahnen in verschiedenen Orientierungen lässt dann einen sehr genauen Rückschluss auf das Ausmaß und auf den Ort der Beschädigung zu.To A development of the invention is provided that the conductor tracks are arranged like a net. This type of arrangement sets a multilayered Arrangement of the tracks ahead. The simultaneous transection several tracks in different orientations then a very accurate conclusion on the extent and on the place of damage too.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Anzeige vorgesehen, die mindestens einer der Messvorrichtungen zugeordnet ist. Die Anzeige dient der Visualisierung der durch die Messvorrichtung erfassten Messwerte, um sie dem Anwender mitzuteilen. Deshalb ist sie vorzugsweise gut sichtbar platziert. Insbesondere dient die Anzeige der Darstellung der Funktionsfähigkeit und Vollständigkeit des Mediums.To a development of the invention, at least one display is provided, which is associated with at least one of the measuring devices. The ad serves the visualization of the detected by the measuring device Measured values to be communicated to the user. That is why it is preferable placed well visible. In particular, the display serves the representation the functionality and completeness of the Medium.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zwar zeigt dieThe Drawings illustrate the invention by means of exemplary embodiments and that shows
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
im Folgenden beschriebenen und in den Figuren nicht dargestellten
zusätzlichen Vorrichtungen zur Verbesserung des Schutzes
des elektrischen Speichers
Die
Messvorrichtung
Eine
weitere nicht dargestellte Vorrichtung zur Verbesserung des Schutzes
des elektrischen Speichers
Die Erfindung ermöglicht somit einen einfach und leicht zu realisierenden Aufbau, der eine deutliche Reduzierung der Brand- und Explosionsgefahr bei der Verwendung elektrischer Hochenergie- und Hochleistungsspeicher zur Folge hat und dessen Wirkungsweise unabhängig Bauform des elektrischen Speichers ist. Die Erfindung ist sofort und unmittelbar an der Stelle wirksam, an der der Defekt entsteht und benötigt keine komplexen Überwachungsmechanismen oder Überwachungsschaltungen.The Invention thus enables a simple and easy to use realizing a structure that significantly reduces fire and risk of explosion when using high-energy electrical and high-performance memory result and its mode of action independent design of the electrical storage is. The Invention is immediately and immediately effective at the point at which the defect arises and does not require complex monitoring mechanisms or monitoring circuits.
- 11
- Batteriebattery
- 22
- 1. Ausführungsform1. embodiment
- 33
- Stirnflächeface
- 44
- Stirnflächeface
- 55
- Mantelflächelateral surface
- 66
- Umfeldenvironment
- 77
- Längsachselongitudinal axis
- 88th
- KontaktContact
- 99
- KontaktContact
- 1010
- Längsschnittlongitudinal section
- 1111
- Querschnittcross-section
- 1212
- Inhaltsstoffingredient
- 1313
- Elektrolytelectrolyte
- 1414
- Elektrolytelectrolyte
- 1515
- Separatorseparator
- 1616
- Begrenzungswandboundary wall
- 1717
- Doppelwanddouble wall
- 1818
- Einfachwandsimple walls
- 1919
- Innenwandinner wall
- 2020
- Außenwandouter wall
- 2121
- Spaltraumgap
- 2222
- Mediummedium
- 2323
- Sensorsensor
- 2424
- Anzeigedisplay
- 2525
- SeitenwandSide wall
- 3333
- Messvorrichtungmeasuring device
- 4141
- 2. AusführungsformSecond embodiment
- 4242
- 3. AusführungsformThird embodiment
- 4343
- Zusammenschlussmerger
- 4444
- Verbundcomposite
- 9999
- elektrischer Speicherelectrical Storage
- 100100
- Speicherzellememory cell
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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