(57)【要約】  電気化学式のエネルギー蓄積器（特にはリチウム含有ガルバニ電池）を冷却する装置において、燃焼が発生したときに消火作用を発揮する冷媒（２０９）が、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジング（２０１）、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部についての周囲に沿って流れるか、または内部を貫いて流れる。
2013502677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム含有ガルバニ電池またはその他の電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却する装置において、
燃焼が発生したときに消火作用を発揮する冷媒（１０９，２０９，３０９，４０９）が、エネルギー蓄積器、もしくは、そのハウジング（１０１，２０１，３０１，４０１）、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部に接して流れるか、または、この中を流れることを特徴とする装置。
【請求項２】
冷媒が、エネルギー蓄積器の通常動作のときには閉じた冷媒循環路（１０４，２０４，３０４，４０４）を通って流れ、該冷媒循環路は、冷媒が燃焼発生時に特定の個所にて、閉じた冷媒循環路から外へと漏れ出て当該個所で消火作用を発揮できるように構成されている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
燃焼発生時に冷媒循環路から冷媒が特定の個所から外へ漏れ出た際に、冷媒の圧力を安定化する装置を有している請求項２に記載の装置。
【請求項４】
ゲルまたは粘弾性流体を冷媒として有している請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
水を含む冷媒を有している請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
冷媒が、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つの界面活性剤、少なくとも１つのエステル油、及び水よりなる混合物からなる請求項５に記載の装置。
【請求項７】
冷媒が、冷媒の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、Ｅ重量％の少なくとも１つのエステル油、及びＷ重量％の水よりなる混合物からなる請求項６に記載の装置。但し、
１０≦Ｐ≦３５、
１≦Ｔ≦１０、
１０≦Ｅ≦３５、
２０≦Ｗ≦５５、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＋Ｗ＝１００。
【請求項８】
冷媒が、約２８％の少なくとも１つのポリマー、
約６％の少なくとも１つの界面活性剤、
約２３％の少なくとも１つのエステル油、
及び約４３％の水よりなる混合物からなる請求項６に記載の装置。
【請求項９】
冷媒が、１００から１０００ｍＰａｓの動粘度を有する請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
エネルギー蓄積器の通常動作のときには閉じた冷媒循環路を通って流れる冷媒を有しており、該冷媒循環路は、燃焼発生時に冷媒が特定の個所で閉じた前記冷媒循環路から外へ漏れ出ることができ、冷媒循環路から外へ漏れ出たときに添加剤と混合され、その際にゲルまたは粘弾性流体が形成されるように構成されている請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
添加剤が、冷媒としての水と、
少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つの界面活性剤、及び少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
添加剤が、添加剤の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、及びＥ重量％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる請求項１１に記載の装置。但し、
１２≦Ｐ≦７８、
１≦Ｔ≦２２、
１２≦Ｅ≦７８、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＝１００。
【請求項１３】
添加剤が、約５０％の少なくとも１つのポリマー、
約１０％の少なくとも１つの界面活性剤、
及び約４０％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
リチウム含有ガルバニ電池またはその他の電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却する方法において、
燃焼が発生したときに消火作用を発揮する冷媒が、エネルギー蓄積器、もしくはそのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部に接して流れるか、または、この中を流れることを特徴とする方法。
【請求項１５】
リチウム含有ガルバニ電池またはその他の電気化学式のエネルギー蓄積器に用いるための、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つの界面活性剤、及び／または少なくとも１つのエステル油、並びに水よりなる混合物からなる冷媒であって、
エネルギー蓄積器、そのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部に接して流れるか、または、この中を流れる冷媒が、燃焼が発生したときに消火作用を発揮するようにすることを特徴とする冷媒。
【請求項１６】
冷媒の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、Ｅ重量％の少なくとも１つのエステル油、及びＷ重量％の水よりなる混合物からなる請求項１５に記載の冷媒。但し、
１０≦Ｐ≦３５、
１≦Ｔ≦１０、
１０≦Ｅ≦３５、
２０≦Ｗ≦５５、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＋Ｗ＝１００。
【請求項１７】
約２８％の少なくとも１つのポリマー、
約６％の少なくとも１つの界面活性剤、
約２３％の少なくとも１つのエステル油、
及び約４３％の水よりなる混合物からなる請求項１５に記載の冷媒。
【請求項１８】
少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つの界面活性剤、及び／または少なくとも１つのエステル油からなる混合物の形態の添加剤であって、
リチウム含有ガルバニ電池またはその他の電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却する冷媒として水と組み合わせて用いるものであり、
エネルギー蓄積器、そのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部に接して流れるか、または、この中を流れる冷媒が、添加剤と組み合わさって消火作用を発揮することを特徴とする添加剤。
【請求項１９】
添加剤の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、及びＥ重量％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる請求項１８に記載の添加剤。但し、
１２≦Ｐ≦７８、
１≦Ｔ≦２２、
１２≦Ｅ≦７８、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＝１００。
【請求項２０】
約５０％の少なくとも１つのポリマー、
約１０％の少なくとも１つの界面活性剤、
及び約４０％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる請求項１８に記載の添加剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学式のエネルギー蓄積器、特にリチウムイオン蓄電池を冷却する方法及び装置に関する。このような電気化学式のエネルギー蓄積器は、例えば自動車に用いられている。しかし、本発明は、リチウムを用いない電気化学式のエネルギー蓄積器、または、自動車とは関係のない用途にも用いうる。
【背景技術】
【０００２】
電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却する種々の装置や方法が知られている。
【０００３】
例えば、ドイツ特許出願公開DE102005017648Aに示される液体冷却式のバッテリでは、複数の蓄積セルと、蓄積セルと熱伝導式に接触する少なくとも１つの三次元領域とを備え、三次元体中を冷却媒体が貫流可能である。各蓄積セルは、安全弁を備え、蓄積セル中にて所定の媒体圧力を超えたときに安全弁を開放して当該蓄積セルの三次元領域を外部の雰囲気と接続する。安全弁は、次のような具合に蓄積セルの中に配置されている。すなわち、安全弁のうちの１つが開いたときに、冷却媒体が貫流可能な三次元領域と、開いた安全弁を有する蓄積セルの内部との間で連通が生じる。
【０００４】
電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却するその他の装置および方法も知られているが、ここでそれをほぼ網羅的または代表的に記述することはできない。このような装置および方法がいかに相違していようとも、すべてに共通するのは、電気化学式のエネルギー蓄積器の過熱とその結果として起こりうる当該エネルギー蓄積器の燃焼を、究極的な確実性をもって防止することはできないということである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開DE102007045183A
【特許文献２】米国特許出願公開US2007/176148
【特許文献３】米国特許US6987597
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の根底をなす課題は、電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却する装置及び方法を、エネルギー蓄積器の過熱の結果として生じる現象を軽減し、特には燃焼・火災を軽減すべく、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、いずれかの独立請求項に記載の装置または方法によって解決される。従属請求項には、本権利範囲内における、好ましい発展例について記載されている。
【０００８】
本発明によると、電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却する装置および方法、特にはリチウム含有ガルバニ電池を冷却する装置および方法が想定されている。ここで、燃焼が発生したときに消火作用を発揮する冷媒が、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部に接して流れるか、または、この中を流れる。
【０００９】
また、上記課題は、電気化学式のエネルギー蓄積器（特にはリチウム含有ガルバニ電池）を冷却する冷媒として、ポリマー、界面活性剤、エステル油、及び水の混合物を利用することによって解決される。または、ポリマー、界面活性剤、及び／またはエステル油（すなわち、これらの任意の組み合わせ）の混合物の形態の添加剤を、水と組み合わせて用いることによって解決される。冷媒は、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部に接して流れるか、または、この中を流れるのであり、燃焼が発生したときに消火作用を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例に基づく、電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却する本発明の装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例に基づく、電気化学式のエネルギー蓄積器を冷却する本発明の装置を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例に基づく、電気化学式のエネルギー蓄積器の本発明による冷却を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第４の実施例に基づく、電気化学式のエネルギー蓄積器の本発明による冷却を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書において、電気化学式のエネルギー蓄積器とは、電気エネルギーを取り出すことができ、内部で電気化学反応が進行する、あらゆる種類のエネルギー蓄積器のことをいう。この概念は、あらゆる種類の電池、特にはガルバニ電池を包含している。特には、一次電池、二次電池、及び、このような電池をつなぎ合わせて、このようなセルからなるバッテリとしたものを包含する。このような電気化学式のエネルギー蓄積器は、通常、セパレータと呼ばれるものによって分離された負と正の電極を有している。これらの電極の間では、電解質によってイオン輸送が行われる。
【００１２】
本発明において、冷媒とは、次のような流動性材料のことをいい、特には、気体状または液体状の熱輸送媒体のことをいう。すなわち、周囲から熱を取り込み、その熱を流動によって輸送し、その熱を周囲へ放出することもできるものであり、その物理特性に基づき、熱を、熱輸送媒体中における、熱伝導及び／または熱輸送（すなわち、これらの少なくとも一方）によって、空気力学的または流体力学的な流れを通じて（特に対流をも通じて）輸送するものである。一般に工学で用いられている熱輸送媒体の重要な例は、例えば、空気、水またはその他の慣用されている冷媒である。どのような用途に用いるかによって、これ以外の気体や液体も使用することができる。例えば、化学的に不活性の（反応性の低い）気体または液体、例えば希ガスや液化した希ガス、または、熱容量及び／または熱伝導性の高い物質などを使用することができる。
【００１３】
本願において、流動性材料とは、空気力学的または流体力学的な意味における流れを形成することができる材料、または、そのような流れを維持することができる材料のことをいう。そのような材料の例は、特には気体および液体である。または、液体ないし気体と微細に分散した固体との混合物（エーロゾルと呼ばれるもの）、またはコロイド溶液などでも、本願でいうところの、流れの維持または発生を実現できる。
【００１４】
本願において、消火作用とは、燃焼を妨げる作用、すなわち燃焼の発生または拡がりを、防止または軽減することができる作用のことをいう。
【００１５】
これに関連して、燃焼とは、エネルギー蓄積器、または、エネルギー蓄積器もしくはその周辺の一部が望ましくない化学反応で変質または分解するプロセスのことをいう。この意味における燃焼は、特には、エネルギー蓄積器またはその周辺の、構造部材または構成部分・部材の発熱性の化学反応である。このような燃焼は、しばしばエネルギー蓄積器またはその構成部材・部分の過熱の結果として発生する。
【００１６】
本明細書において、粘弾性流体とは、粘弾性の特性を有する流体のことをいう。流体（理想流体）とは、任意にゆっくりとしたせん断に対して（近似的に）抵抗を示さない物質のことをいう。圧縮性の流体（気体）と非圧縮性の流体（液体）が区別される。「流体」という上位概念を用いる理由は、気体と液体の多くの物理法則が（近似的に）同様に成立し、その特性の多くが定量的にのみ相違するだけで、定性的には基本的に相違していないからである。現実の流体はその挙動に基づいて、「ニュートン流体」およびこれを記述する流体力学と、非ニュートン流体およびこれを記述するレオロジーとに区分することができる。その相違は、横応力ないしせん断応力と、ひずみ速度またはせん断速度との関数関係によって記述される媒体の流動挙動にある。
【００１７】
粘弾性と呼ばれるのは、例えばポリマー溶融液のような流体、または、例えばプラスチックのような固体の時間依存的、温度依存的、及び／または周波数依存的（すなわち、これらのいずれか、または任意の組み合わせ）な弾性である。粘弾性は、部分的に弾性であって、かつ部分的に粘性である挙動によって特徴づけられる。このような材料は、外部から作用する力が取り除かれた後、不完全にしか初期状態に復帰しない。残りのエネルギーは流動プロセスの形で消費される。
【００１８】
本明細書において、ゲルとは、しばしば固定である少なくとも１つの第１の相と、しばしば液体である少なくとも１つの第２の相とで構成される微分散系のことをいう。ゲルはしばしばコロイドである。固体相はスポンジ状の三次元ネットワークを形成し、その気孔が液体または気体によって充填されている。２つの相はしばしば完全に浸透し合っている。コロイドと呼ばれるのは、他の媒体（固体、気体、または液体）すなわち分散媒体のなかで微細に分散している粒子または液滴である。
【００１９】
本発明の好ましい発展例は、従属請求項の対象となっている。
【００２０】
本発明の１つの好ましい装置において、冷媒は、エネルギー蓄積器の通常動作のときには閉じている冷媒循環路を通って流れる。冷媒は、燃焼発生時には特定の個所で閉じた冷媒循環路から外に出て、当該個所で消火作用を発揮することができるように構成されている。このようにして、燃焼が起きた特定の個所で消火作用を発揮させることができる。同時に、冷媒としての作用も維持することができる。
【００２１】
本発明の特に好ましい装置は、燃焼発生時に冷媒循環路から冷媒が所定の（複数の）個所から外に出たときに冷媒圧力を安定化する装置を有している。本実施形態は、冷媒圧力をほとんど維持するか、または完全に維持することと、これに伴い冷却作用をほとんどまたは完全に維持することにつながりうる。冷媒が所定の（複数の）個所で冷却循環路から外に出て、当該個所で消火作用を発揮するときに、このように冷媒圧力及び冷却作用を維持するのである。
【００２２】
本発明の別の好ましい装置において、冷媒は、ゲルまたは粘弾性流体である。ゲルは、しばしば液体に比べて高い冷却作用と結びついている。ゲルの液体成分の気化率はしばしば液体に比べて低くなっている。そのため、液体成分の滞留時間と作用時間がしばしば改善される。同時に、ゲルは、燃焼発生源での効果的な空気の遮断を引き起こしうる。
【００２３】
本発明の別の好ましい装置において、冷媒は、コロイド性の粘弾性流体である。
【００２４】
本発明の別の好ましい装置において、冷媒は水を含んでいる。水は容易に入手可能であり、また、多くのケースで非常に効果的な冷媒、消火剤である。その適性は、電気化学式のエネルギー蓄積器のガルバニ電池についての特定のテクノロジーの選択によって制約されうる。
【００２５】
本発明の別の好ましい装置において、冷媒は、水と、ポリマー、界面活性剤、及び／またはエステル油とよりなる混合物からなる。
【００２６】
本発明の別の好ましい装置において、冷媒は、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つの界面活性剤、少なくとも１つのエステル油、及び水よりなる混合物からなる。
【００２７】
本発明の特別に好ましい装置において、冷媒は、冷媒の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、Ｅ重量％の少なくとも１つのエステル油、及びＷ重量％の水よりなる混合物からなる。ここで、
１０≦Ｐ≦３５、
１≦Ｔ≦１０、
１０≦Ｅ≦３５、
２０≦Ｗ≦５５、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＋Ｗ＝１００が成り立つ。
【００２８】
本発明の別の好ましい装置において、冷媒は、冷媒の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、Ｅ重量％の少なくとも１つのエステル油、及びＷ重量％の水よりなる混合物からなる。ここで、
２５≦Ｐ≦３１、
４≦Ｔ≦８、
１８≦Ｅ≦２８、
３８≦Ｗ≦４８、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＋Ｗ＝１００が成り立つ。
【００２９】
本発明の別の好ましい装置において、冷媒は、約２８％の少なくとも１つのポリマー、約６％の少なくとも１つの界面活性剤、約２３％の少なくとも１つのエステル油、及び約４３％の水よりなる混合物からなる。
【００３０】
本発明の別の好ましい装置において、冷媒は、１００から１０００ｍＰａｓの動的粘性によって特徴づけられる。
【００３１】
本発明の別の好ましい装置において、用いられる冷媒は、エネルギー蓄積器の通常動作のときには閉じている冷媒循環路を通って流れる。この冷媒循環路は、次のように設けられている。すなわち、燃焼発生時に、冷媒は、特定の個所にて、閉じた冷媒循環路から外に出うるのであり、冷媒循環路から外に出たときに添加剤と混合される。そして、この箇所で、ゲルまたは粘弾性流体が形成される。
【００３２】
本発明の別の好ましい装置において、水が、冷媒として用いられ、エネルギー蓄積器の通常動作のときには閉じている冷媒循環路を通って流れる。この冷媒循環路は、次のように設けられている。すなわち、燃焼発生時に水が特定の個所で閉じた冷媒循環路から外に出うるのであり、冷媒循環路から外に出たときに添加剤と混合され。そして、この箇所で、ゲルまたは粘弾性流体が形成される。
【００３３】
本発明の特別に好ましい装置において、添加剤は、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つの界面活性剤、及び少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる。
【００３４】
本発明の特に好ましい装置において、添加剤は、添加剤の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、及び、Ｅ重量％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる。ここで、
１２≦Ｐ≦７８、
１≦Ｔ≦２２、
１２≦Ｅ≦７８、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＝１００が成り立つ。
【００３５】
本発明の特に好ましい装置において、添加剤は、添加剤の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、及びＥ重量％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる。ここで、
４５≦Ｐ≦５５、
８≦Ｔ≦１２、
３５≦Ｅ≦４５、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＝１００が成り立つ。
【００３６】
本発明の特に好ましい装置において、添加剤は、約５０％の少なくとも１つのポリマー、約１０％の少なくとも１つの界面活性剤、及び約４０％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる。
【００３７】
また、特に好ましくは、冷媒の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、Ｅ重量％の少なくとも１つのエステル油、及びＷ重量％の水よりなる混合物を用いる。ここで、
１０≦Ｐ≦３５、
１≦Ｔ≦１０、
１０≦Ｅ≦３５、
２０≦Ｗ≦５５、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＋Ｗ＝１００が成り立つ。
【００３８】
また、特に好ましくは、冷媒の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、Ｅ重量％の少なくとも１つのエステル油、及びＷ重量％の水よりなる混合物を用いる。ここで、
２５≦Ｐ≦３１、
４≦Ｔ≦８、
１８≦Ｅ≦２８、
３８≦Ｗ≦４８、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＋Ｗ＝１００が成り立つ。
【００３９】
また、約２８％の少なくとも１つのポリマー、約６％の少なくとも１つの界面活性剤、約２３％の少なくとも１つのエステル油、及び約４３％の水からなる混合物を、電気化学式のエネルギー蓄積器（特にはリチウム含有ガルバニ電池）を冷却するための冷媒として用いる。冷媒は、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部についての周囲に沿って流れるかまたは内部を貫いて流れ、燃焼が発生したときに消火作用を発揮する。
【００４０】
また、特に好ましくは、ポリマー、界面活性剤、及び／またはエステル油よりなる混合物の形態の添加剤を、水と組み合わせて、電気化学式のエネルギー蓄積器（特にはリチウム含有ガルバニ電池）を冷却する冷媒として用いる。冷媒は、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部についての周囲に沿って流れるかまたは内部を貫いて流れ、燃焼が発生したときに添加剤と組み合わさって消火作用を発揮する。
【００４１】
また、特に好ましくは、添加剤の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、及びＥ重量％の少なくとも１つのエステル油からなる混合物の形態の添加剤が用いられる。ここで、
１２≦Ｐ≦７８、
１≦Ｔ≦２２、
１２≦Ｅ≦７８、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＝１００が成り立つ。
【００４２】
また、特に好ましくは、添加剤の総量に対してＰ重量％の少なくとも１つのポリマー、Ｔ重量％の少なくとも１つの界面活性剤、及びＥ重量％の少なくとも１つのエステル油からなる混合物の形態の添加剤が用いられる。ここで、
４５≦Ｐ≦５５、
８≦Ｔ≦１２、
３５≦Ｅ≦４５、かつ、
Ｐ＋Ｔ＋Ｅ＝１００が成り立つ。
【００４３】
また、特に好ましくは、約５０％の少なくとも１つのポリマー、約１０％の少なくとも１つの界面活性剤、及び約４０％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる添加剤を、水と組み合わせて、電気化学式のエネルギー蓄積器（特にはリチウム含有ガルバニ電池）を冷却する冷媒として用いる。冷媒は、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部についての周囲に沿って流れるかまたは内部を貫いて流れ、燃焼が発生したときに添加剤と組み合わさって消火作用を発揮する。
【実施例】
【００４４】
次に、図面を用いて好ましい実施例を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【００４５】
図１から図４に模式的に示すように、本発明による電気化学式のエネルギー蓄積器は、ハウジング１０１，２０１，３０１，４０１を有している。このハウジング中に、電気化学式のエネルギー蓄積器のさまざまな構成部材・部分が配置されている。このような構成部材・部分には、電極１０５，１０６の構造体が含まれ、これらが、セパレータの構造体によって互いに分離されており、これら電極１０５，１０６の構造体の間にはイオン伝導性の電解質が配置されている。活性材料は、電気化学式のエネルギー蓄積器の内部に、すなわちガルバニ電池中に、種々の方式で配置されうる。
【００４６】
このような種類の典型的な構造は、いわゆる電極コイルや電極スタックと呼ばれるものである。本発明は、ガルバニ電池における電極およびその他の活性のある材料の特定の構造に限定されるものではない。図１から図４に模式的に示すように、電極１０５，１０６は、しばしば「内部」の集電体１０７，２０７，３０７，４０７または１０８，２０８，３０８，４０８を通じて、「外部」の集電体１０２，２０２，３０２，４０２または１０３，２０３，３０３，４０３に接続されている。正の電極１０５，２０５，３０５，４０５は、正の集電体１０２，２０２，３０２，４０２に接続されている。負の電極１０６，２０６，３０６，４０６は、負の集電体１０３，２０３，３０３，４０３に接続されている。異なる電極の間には、通常、ガルバニ電池の内部の短絡を防止するセパレータ１１２，２１２，３１２，４１２が配置される。
【００４７】
ガルバニ電池の充電または放電のプロセスでは、しばしば、このガルバニ電池中にて、著しい熱発生と結びついた化学反応が起こる。したがって、電気化学式のエネルギー蓄積器の構造様式によっては、こうした熱発生が望ましくない温度上昇または許容可能でない温度上昇につながるのを防止するために冷却が必要である。図１から図４に模式的に示すように、本発明において、冷媒１０９，２０９，３０９，４０９が、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジング１０１，２０１，３０１，４０１、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部についての周囲に沿って流れるか、または内部を貫いて流れることが想定されている。また、本発明において、この冷媒が、燃焼の発生時に消火作用を発揮することが想定されている。
【００４８】
この一般的な発明の概念は、種々の方式にて具現しうる。本発明の第１の実施例が図１に模式的に示されている。この実施例では、冷媒１０９は特別な流動管路１０４を通って流れている。この流動管路は、好ましくは、次のように設けられる。すなわち、冷媒が、電気化学式のエネルギー蓄積器と、熱的には非常に良好に接触するようにする。また、同時に、化学反応を可能にする、エネルギー蓄積器の内部と冷媒との直接的な接触が、通常動作中には防止されるようにする。さらには、燃焼発生時に冷媒が消火作用を発揮しうるようにすべく、流動管路１０４は、好ましくは、次のように設けられる。すなわち、燃焼発生時に冷媒が流動管路から外に漏れ出ることができ、このようにして電気化学式のエネルギー蓄積器の内部で消火作用を発揮できるように設けられる。このように設けることは、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、流動管路が燃焼によって局所的に破損するか、または少なくとも開放されるように設け、これにより、冷媒１０９が流動管路１０４から外に漏れ出しうるようにする。
【００４９】
図２に模式的に示すように、本発明の第２の実施例では、流動管路２０４から冷媒２０９が外へ漏れ出すことが、特別な装置２１０によって引き起こされることが想定されている。この装置２１０は、燃焼発生時に流動管路２０４を位置選択的に開放する。これにより、冷媒が電気化学式のエネルギー蓄積器の内部へ漏れ出ることができる。このような装置２１０の好ましい例は、例えば破裂板（ラプチャーディスク）である。また、好ましくは熱で制御・駆動されるバルブであるか、または、例えば電気制御式のバルブなどである。これらは、好ましくは適当な温度センサに接続されたものであり得、また、好ましくは適当な制御論理回路と接続されたものでありうる。
【００５０】
図３には、本発明の第３の実施例を模式的に示す。冷媒３０９が通って流れる流動管路３０４は、電気化学式のエネルギー蓄積器のハウジング３０１の外部に配置されている。エネルギー蓄積器のところに、熱伝導装置３１１が次のように設けられている。すなわち、流動管路３０４と、エネルギー蓄積器のハウジング３０１との間で十分に良好な熱伝導接触が行われるようにすべく設けられている。図４に模式的に示す本発明の第４の実施例が、第３の実施例と異なっているのは主として次の点にある。すなわち、第４の実施例では図２の実施例と同様に、燃焼発生時に冷媒が流動管路から管理・調節されながら外に漏れだすようにする装置４１０が設けられている。
【００５１】
熱伝導装置３１１，４１１が、好ましくは、金属製であり、いずれにしても良好な熱伝導体である。熱伝導装置３１１，４１１の形状は、好ましくは、冷媒とハウジングの間でできるだけ良好な熱伝導が実現されるように、流動管路の形状及び／またはハウジングの形状に合わせたものとなっている。
【００５２】
本発明は、種々の形態で具現可能である。これらの実施例に共通しているのは、次の点である。すなわち、冷媒が、電気化学式のエネルギー蓄積器もしくはそのハウジング、または、エネルギー蓄積器もしくはそのハウジングの一部についての周囲に沿って流れるか、または内部を貫いて流れ、この冷媒が燃焼の発生時に消火作用を発揮するという点である。冷媒は、好ましくは、エネルギー蓄積器の通常動作の際には、閉じた冷媒循環路を流れる。その様子は、図１から図４に模式的に示されている。この冷媒循環路は、好ましくは流動管路を含み、好ましくは次のように設けられている。すなわち、燃焼発生時に冷媒が特定の個所にて、閉じた冷媒循環路から外に漏れ出て、当該個所で消火作用を行うことができる。
【００５３】
本発明の別の好ましい実施形態は、本発明の他の実施形態とも組み合わせることができるが、次のことを想定している。すなわち、燃焼発生時に冷媒循環路から冷媒が所定の複数の個所から外へ漏れ出た際に、冷媒の圧力が、装置によって安定化される。このような装置も、種々の形態で具現可能である。一の好ましい実施形態には、ポンプ装置によって冷媒圧力を次のように制御することが含まれる。すなわち、冷媒が所定の複数の個所から外へ漏れ出た際に、冷媒圧力を一定に保つことができるようにする。または、少なくとも冷媒循環路の以後の機能を保証するレベルに保つことができるようにする。そのような装置は、次のように行うバルブ制御をも含みうる。すなわち、(1)冷媒が冷却循環路から限られた時間の間だけ、所定の複数の個所から外へ漏れ出るようにすること、及び／または、(2)限定された量だけ外へ漏れ出るようにすること（すなわち、(1)及び(2)の少なくとも一方）を行う。このようなバルブ制御により、冷媒の圧力損失が、限られたものにとどまっているか、または、備蓄部からの冷媒の補充によって迅速に埋め合わされるようにすることができる。
【００５４】
本発明にしたがい、好ましくは、ゲルまたは粘弾性流体を冷媒として用いることが想定されている。そのようなゲルまたは粘弾性流体は、例えばゲル濃縮物のような相応の添加剤を水と混合することによっても、容易に作成することができる。このようなゲルは、本発明に基づいて、燃焼を迅速に抑え込む。適当な添加剤またはゲル濃縮物により、水は、火を遮り熱を吸収するゲルに変えられからである。このようなゲルは、平滑な面にも良好に付着する。このことより、ゲルに結びついた水は、使われずに流れ去ることがないので、消火力をいっそう良好に発揮することができる。したがって、純粋な水に代えて、水をベースとするゲルを用いることで、同じ消火作用を、少ない水で実現することができる。すなわち少ない冷媒で実現することができる。これにより、閉じた冷却配管内の冷媒圧力を容易に維持することができる。このことが特別に好ましい理由は、このようにして燃焼発生時に冷媒の冷却作用が、冷媒圧力損失によってさほど低下しないようにすることができることである。
【００５５】
冷媒として特に好ましいのは、ゲルまたは粘弾性液体のほか、特にはコロイド液体またはコロイド粘弾性液体である。ここで、水を含んでいる冷媒が特に好ましい。また、特に好ましくは、冷媒が、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つの界面活性剤、少なくとも１つのエステル油、及び水よりなる混合物からなる。約２８％の少なくとも１つのポリマー、約６％の少なくとも１つの界面活性剤、約２３％の少なくとも１つのエステル油、及び約４３％の水よりなる混合物からなる。
【００５６】
このような組成を有する冷媒は、好ましくは、その構造の中に、水でわずかに膨張した高吸収性ポリマーを有している。エステル油の添加は、ポリマーがそれ以上の吸水を行うのを防止する。このような混合物を適当な量の水に加えることで、油中水滴エマルジョンから水中油滴エマルジョンができる。すなわち、いわゆる相反転が行われる。超吸収性ポリマーの残りの吸水能は、超吸収性ポリマーと残りの水とが結びつくようにする。
【００５７】
このプロセスは、運動エネルギーの供給によって、たとえば撹拌、ポンプ送出、水流への混合などによって、著しく加速させることができる。このようにして、冷媒流動管路の出口開口部にて、所望の粘性レベルが迅速に得られる。このようにして、外へ漏れ出たときに、ゲルを即座に利用できる。
【００５８】
また、１００から１０００ｍＰａｓの動粘度を有する冷媒が好ましい。一般に、高い粘性は冷媒の消火作用を促進するが、その一方で、流動管路を通る冷媒の流動を難しくする。したがって、次のような実施例をとるのが好ましい。すなわち、流動管路から外へ漏れ出る前の冷媒の粘性が低く抑えられ、流動管路から外に出ると冷媒の粘性ができるだけ迅速に上昇する。このようなことは、例えば次のようにするならば実現できる。すなわち、流動管路の冷媒として、粘性の低い、水またはその他の液体を用い、この液体には、燃焼発生時に流動管路から外に漏れ出たときに少ない遅延で、すなわちできるだけ迅速に粘性を引き上げる添加剤が混入される。
【００５９】
したがって、次のような一実施形態が好ましい。すなわち、水が冷媒として用いられ、この冷媒がエネルギー蓄積器の通常動作のときには閉じた冷却循環路を通って流れるのであり、この冷却循環路は、次のように設けられる。燃焼発生時に水が特定の個所で閉じた冷媒循環路から外に漏れ出ることができ、冷媒循環路から外に漏れ出たときに添加剤と混合され、その際にゲルまたは粘弾性流体が形成される。
【００６０】
特に好ましくは、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つの界面活性剤、及び少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる添加剤を用いる。
【００６１】
また、特に好ましくは、約５０％の少なくとも１つのポリマー、約１０％の少なくとも１つの界面活性剤、及び約４０％の少なくとも１つのエステル油よりなる混合物からなる。
【００６２】
混合比率を設定するにあたり、好ましくは、次のことを考慮する。すなわち、冷却・消火混合物または添加剤の有利な作用が、冷却・消火混合物の粘弾性と、水に結びつく能力とによるものであることを考慮する。これにより、平滑な面でも冷媒の付着力を高めることができる。液体が使われずに流れ去ることがない。
【００６３】
特には、ポリマー、エステル油、界面活性剤、及び水からなる混合物であると、混合比率の適当な設定は、運動エネルギーの影響のもとで、静止段階に比べて粘性の大幅な低減につながる。それにより、このような種類の粘性の低い混合物は冷却循環路を通って流れることができるとともに、燃焼個所でこの冷却循環路から外に出たときには高い粘性を有することができる。つまりこのような混合物の流動性は、主として流速に依存して決まる。
【００６４】
液体がゲル構造へ化学的・物理的に組み込まれることで、温度が高いときでも液体の気化率を大幅に低減することができる。それにより、液体消費量を大幅に低減することができる。
【００６５】
燃焼個所においても、ゲル構造に組み込まれた液体は、比較的高い層厚と低減された気化速度によって高い冷却作用を発揮することができる。この効果は、温度が非常に高い燃焼に対処するときに格別に意義がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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