AT519420A1 - Verfahren zur überwachung und zum schutz einer elektrochemischen vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur überwachung und zum schutz einer elektrochemischen vorrichtung Download PDF

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AT519420A1 ATA51037/2016A AT510372016A AT519420A1 AT 519420 A1 AT519420 A1 AT 519420A1 AT 510372016 A AT510372016 A AT 510372016A AT 519420 A1 AT519420 A1 AT 519420A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und zum Schutz einer elektrochemischen Vorrichtung (2), die insbesondere in Betrieb ist, in einem Behälter (3) eines Prüfstandes (1) mit einer Überwachungseinrichtung (10), die bei Gasaustritt oder im Überhitzungs- oder im Brandfall zumindest eine Flutvorrichtung (20, 30, 56) auslöst und einen dazugehörigen Prüfstand mit Behälter. Aufgabe ist es die Umgebung vor Explosion, Brand und Überhitzung zu schützen. Gelöst wird dies dadurch, dass das Verfahren umfasst: a) Detektieren eines Gasaustritts oder eines Überhitzungs- oder eines Brandfalls durch die Überwachungseinrichtung (10); b) Fluten des Behälters (3) des Prüfstandes (1) mit einer ersten Flutvorrichtung (20) mit einem Inertgas - vorzugsweise mit Argon wenn ein Gasaustritt erkannt wurde; und/oder c) Fluten des Behälters (3) mit einer Flüssigkeit – vorzugsweise mit Wasser - durch eine zweite Flutvorrichtung (30,56), wenn ein Brand- oder Überhitzungsfall erkannt wurde; und dass am Prüfstand (1) eine erste Flutvorrichtung (20) zur Füllung des Behälters (3) mit Inertgas und/oder eine zweite Flutvorrichtung (30, 56) zur Füllung des Behälters (3) mit einer Flüssigkeit vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und zum Schutz einer elektrochemischen Vorrichtung, die insbesondere in Betrieb ist, in einem Behälter eines Prüfstandes mit einer Überwachungseinrichtung, die bei Gasaustritt oder im Überhitzungs- oder im Brandfall zumindest eine Flutvorrichtung auslöst und einen Prüfstand mit Behälter für eine elektrochemische Vorrichtung mit zumindest einer Flutvorrichtung, die zur Auslösung mit einer Überwachungseinrichtung verbunden ist, die insbesondere einen Gassensor und einen Rauchsensor umfasst.
Verfahren und Vorrichtungen zum Schutz von elektrochemischen Vorrichtung oder der Umwelt vor Überhitzungs- und Brandfall finden sich vor allem für den Transport. Dabei wird versucht die Umwelt vor einem Brand der elektrochemischen Vorrichtung zu schützen und den Austritt von giftigen und/oder explosiven Gasen und Hitze zu verhindern, sowie Explosionen zu verhindern. Bei Überhitzung der elektrochemischen Vorrichtung kann es zum thermischen Durchgehen, zum Runaway kommen.
Unter elektrochemischen Vorrichtungen versteht man Batterien, Akkumulatoren, Brennstoffzellen und Ähnliches.
Aus der DE 10 2011 080 706 A1 ist ein solches Verfahren zum Löschen oder
Vermeiden eines Brandes in einem Behälter und der dazugehörige Behälter bekannt. Dabei wird der Behälter mittels Sensoren, wie zum Beispiel Rauchmelder und Temperatursensoren überwacht. Wenn Überhitzung oder Brand festgestellt wird, wird die Löschung ausgelöst. Die Löschung wird durch Fluten des Behälters mit einer Flüssigkeit durchgeführt. Wenn jedoch vor der Überhitzung, beziehungsweise vor dem Brand ein Austritt von explosiven Gasen in den Behälter stattfand, kommt es zur Explosion, wenn der Gasinhalt im Ex-Bereich ist. Die Löschung oder Flutung folgt also zu spät. Die Folgen daraus sind Verletzungen des Anwenders, Beschädigung der Gebäude, aber auch Beschädigung der elektrochemischen Vorrichtung. Außerdem entsteht der Nachteil ohne Gasaustritt, dass durch das Fluten des Behälters mit einer Flüssigkeit nicht nur die elektrochemische Vorrichtung durch den Brand oder die Überhitzung beschädigt ist, sondern auch die gesamte Verkabelung und alle Einrichtungen im Behälter selbst.
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Wasser ist in geschlossenen Behältern keineswegs ein ideales Löschmittel. Aufgrund der großen Verdampfungsmenge und des größeren benötigten Volumens kann es leicht zu explosionsartigen Wasserdampfaustritten aus dem Behälter kommen.
Aus der AT 010 185 U2 ist ein Verfahren zur Durchführung eines Batterietestlaufes, sowie eine Batterieprüfanlage bekannt. Dabei werden während des Testlaufes der Batterie die Zustandsgrößen in der Umgebung der Batterie überwacht. Es werden zum Beispiel Druck und Temperatur gemessen. Bei Überschreiten von gewissen Grenzwerten dieser Zustandsgrößen wird die Umgebung der Batterie mit Pressluft, oder mit einem Inertgas gespült. Nachteilig daran ist, dass durch die Spülung mit zum Beispiel Pressluft ein Brand zusätzlich mit Sauerstoff versorgt wird und dadurch eine brandfördernde Wirkung entsteht. Bei ausschließlicher Spülung mit Inertgas oder Pressluft ist ein ausreichender Kühleffekt nicht zu erwarten, wodurch weitere Schäden an der Umgebung die Folge sind. Darüber hinaus kann eine Schädigung von Personen durch die Spülung erfolgen, wenn das Löschgas einfach aus dem Behälter in die Umgebung entweichen kann. Auch der Ladungsstand der Batterie bleibt weiterhin gleich. Daher kann nach der Spülung leicht eine neuerliche Überhitzung oder ein neuer Brand entstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und einen Prüfstand anzugeben, die die Umgebung ausreichend schützen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
a) Detektieren eines Gasaustritts oder eines Überhitzungs- oder eines Brandfalls durch die Überwachungseinrichtung;
b) Fluten des Behälters des Prüfstandes mit einer ersten Flutvorrichtung mit einem Inertgas - vorzugsweise mit Argon wenn ein Gasaustritt erkannt wurde; und/oder
c) Fluten des Behälters mit einer Flüssigkeit - vorzugsweise mit Wasser - durch eine zweite Flutvorrichtung, wenn ein Brand- oder Überhitzungsfall erkannt wurde. Dadurch entsteht der Vorteil, dass bei einem Gasaustritt keine Anschlüsse an die elektrochemische Vorrichtung beschädigt werden und andererseits ist bei einem Brand oder bei einer Überhitzung für ausreichend Sicherheit durch die zusätzliche mögliche Kühlung durch die Flüssigkeit gesorgt. Durch die Flutung mit Inertgas wird eine Explosion vermieden, ein Brand erstickt und zusätzlich eine geringe Kühlung erreicht.
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Die Aufgabe wird außerdem dadurch gelöst, dass an dem Prüfstand eine erste Flutvorrichtung zur Füllung des Behälters mit Inertgas und/oder eine zweite Flutvorrichtung zur Füllung des Behälters mit einer Flüssigkeit vorgesehen sind.
Es ist vorteilhaft, wenn nach Entstehen eines Überdrucks im Behälter nach oder während des Gasaustritts, oder nach der Flutung ein Ventil in einem Entlüftungsanschluss öffnet und eine Strömungsverbindung vom Behälter mit einer Umgebung des Behälters hergestellt wird. Dadurch kann eine Explosion durch Druckanstieg im Behälter vermieden werden.
Um die Brandgefahr nach der Flutung des Behälters mit Flüssigkeit zu senken ist es günstig, wenn durch den Kontakt der elektrochemischen Vorrichtung mit der Flüssigkeit eine Entladung der elektrochemischen Vorrichtung durch Elektrolyse ausgelöst wird.
Um die Sicherheit weiter zu steigern ist es vorteilhaft, wenn die Überwachungseinrichtung die Temperatur der Flüssigkeit nach der Flutung über die zweite Fluteinrichtung misst.
Es ist günstig, wenn die Flüssigkeit im Behälter nach Unterschreiten eines Grenzwertes durch eine Drainageleitung entleert wird, die vorzugsweise händisch oder durch ein Überdruckventil geöffnet wird und bei Entleerung der Flüssigkeit Luft durch einen Druckluftanschluss in den Behälter strömt und die verschmutzte Luft aus dem Behälter spült. Dadurch kann unnötige Beschädigung, wie zum Beispiel Implosion des Behälters vermieden werden.
Zur besseren Überwachung ist es günstig, wenn die Überwachungseinrichtung einen Pegelstand der Flüssigkeit während der Flutung über die zweite Fluteinrichtung überwacht.
Es ist günstig, wenn der Behälter eine Schnittstelle aufweist, durch die dieser zumindest mit dem Stromnetz für Prüfungen von außen verbindbar ist. Dadurch ist es möglich, die elektrochemische Vorrichtung im Behälter von außen mit der Umgebung am Prüfstand zu verbinden.
Es ist vorteilhaft, wenn die elektrochemische Vorrichtung über ein Batterietestsystem des Prüfstandes überwacht wird und wenn die Schnittstelle eine / 18
Verbindung zu einem Batterietestsystem des Prüfstandes aufweist. Dadurch können die Zustandsgrößen im Behälter und die Werte der Batterie von außen überwacht werden. Bei einer Anordnung im Behälter könnte es zu einer Zerstörung dieser durch den Löschvorgang kommen.
Um die Gefahr einer Überhitzung der elektrochemischen Vorrichtung zu minimieren ist es günstig, wenn der Behälter Kühlleitungen aufweist, die mit der elektrochemischen Vorrichtung verbindbar ist.
Es ist günstig, wenn zumindest ein Druckluftanschluss vorgesehen ist. Dadurch kann der Behälter nach der Flutung mit Inertgas oder nach einer Löschung mit Frischluft gespült werden. Weiters ist über ihn auch kühlere Druckluft von außen in den Behälter einbringbar und dieser kann somit auch zur Kühlung beitragen.
Es ist günstig, wenn zumindest eine Drainageleitung vorgesehen ist. Dadurch kann der Behälter nach der Flutung mit Flüssigkeit entleert werden.
Um die Sicherheit weiter zu steigern ist es vorteilhaft, wenn die Konstruktion des Behälters einer Brandschutzklasse entspricht, so dass der Behälter einem Brand mehrere Minuten standhält, bis die Flutvorrichtung den Brand löscht.
Um für ausreichend Druckausgleich zu sorgen ist es vorteilhaft, wenn ein Gasinhalt des Behälters über einen Entlüftungsanschluss nach außen verbindbar ist und der Entlüftungsanschluss zumindest ein Ventil aufweist.
In der Folge wird die Erfindung anhand der in den nicht einschränkenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Prüfstand in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 2 den Prüfstand in einer Schrägansicht; und
Fig. 3 den Prüfstand in einer zweiten Schrägansicht.
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In Fig. 1 ist ein Prüfstand 1 für eine elektrochemische Vorrichtung 2 gezeigt. Die elektrochemische Vorrichtung 2 ist in einem Behälter 3 angeordnet. Der Behälter 3 weist eine Halterung 4 für die elektrochemische Vorrichtung 2 auf.
Zur Verbindung der elektrochemischen Vorrichtung 2 mit nicht gezeigten anderen Vorrichtungen des Prüfstandes 1 weist der Behälter 3 eine Schnittstelle 5 auf. Die Schnittstelle 5 dient der Verbindung von einer Umgebung 6 des Behälters 3 her mit einem Batterietestsystem 7 des Prüfstandes 1 und einer elektrischen Verbindung 8 zu anderen nicht gezeigten Vorrichtungen des Prüfstandes 1.
Von dieser Schnittstelle 5 her ist die elektrochemische Vorrichtung 2 mit einem Kabel 9 mit dem Batterietestsystem 7 und mit anderen Vorrichtungen verbunden.
Der Behälter 3 weist eine Überwachungseinrichtung 10 auf. Diese weist in der gezeigten Ausführung einen Gassensor 11, einen Rauchsensor 12, einen Pegelsensor 13 und einen Temperatursensor 14 auf.
In einer nicht gezeigten Ausführung weist die Überwachungseinrichtung 10 einen Drucksensor auf. Der Behälter 3 hat zur zusätzlichen Kontrolle ein Sichtfenster 15.
Der Prüfstand 1 weist eine erste Flutvorrichtung 20 und zwei zweite Flutvorrichtungen 30, 56 auf. Die erste Flutvorrichtung 20 ist verbindbar mit einer nicht gezeigten Gasflasche. Die erste Flutvorrichtung 20 dient der Flutung des Behälters 3 mit einem Inertgas, wie zum Beispiel Argon.
Die zweite Flutvorrichtung 30 weist Düsen 31 auf, die über einen Anschluss 32 mit einer nicht gezeigten Wasserversorgung für trockene Sprinkler verbindbar sind. Die Düsen 31 sind in einem Innenraum 40 des Behälters 3 angeordnet. In der gezeigten Ausführung sind die Düsen 31 an einem Deckel 41 des Behälters 3 befestigt. Eine weitere zweite Flutvorrichtung 56 ist über eine Storz-Kupplung 55 mit einer nicht gezeigten Wasserversorgung verbindbar. Die zweiten Flutvorrichtungen 20, 56 dienen der Flutung des Behälters 3 mit Wasser.
Der Deckel 41 des Behälters 3 ist mit einem Verschluss 42 versehen. Dieser sorgt für die notwendige Pressung zwischen Deckel 41 und Seitenwänden 43 des Behälters 3 um einen Gasaustritt aus dem Behälter 3 zu verhindern. Um die / 18
Dichtheit zu erhöhen, können zwischen Deckel 41 und Seitenwänden 43 Dichtungen vorgesehen sein.
Vom Behälter 3, von einem Entlüftungsanschluss 44, führt eine nicht gezeigte Entlüftungsleitung vom Prüfstand 1 nach außen. Die nicht gezeigte Entlüftungsleitung ist ATEX konform ausgeführt um Explosionen zu unterbinden. In dem Entlüftungsanschluss 44 ist ein Ventil vorgesehen, das in der gezeigten Anordnung als Klappe 45 ausgeführt ist. Bei Überdruck im Behälter 3 öffnet die Klappe 45 und lässt zum Beispiel Rauchgas, Argon oder Wasserdampf oder Wasserstoff (beispielsweise von Elektrolyse nach der Flutung) in die Umgebung entweichen.
Um Wasser oder Flüssigkeit nach einer Flutung über die zweiten Flutvorrichtungen 30, 56 zu entleeren ist vom Behälter 3 ausgehend eine Drainageleitung 46 vorgesehen. In der Drainageleitung 46 ist ein Überdruckventil 47 und ein Ablassventil 48 angeordnet. Das Ablassventil 48 kann händisch oder automatisch geöffnet werden.
Für den normalen Testbetrieb weist der Prüfstand 1 Kühlleitungen 49 auf. Die Kühlleitungen 49 führen in den Behälter 3 zu der elektrochemischen Vorrichtung 2 und sorgen für ausreichende Kühlung der elektrochemischen Vorrichtung 2. Im Behälter 3 ist ein Druckluftanschluss 50 angeordnet. Durch einströmendes Gas wird ein Gasinhalt des Innenraumes 40 des Behälters 3 gekühlt. Die Kühlleitungen 49 und der Druckluftanschluss 50 sollen zur Vorbeugung dienen. Sie sollen ein Überhitzen und einen Brand der elektrochemischen Vorrichtung 2 verhindern.
In Fig. 2 ist der Behälter 3 des Prüfstandes 1 gezeigt. In dieser Ausführung weist der Behälter 3 Rollen 51 mit Bremsen 52 und Füßen 53 auf, mit denen er leichter transportiert und aufgestellt werden kann. Der Anschluss 32 für die Wasserversorgung ist am Deckel 41 außen angeordnet. Sie führt durch den Deckel 41 in den Innenraum 40 des Behälters 3 zu den Düsen 31. In der gezeigten Ausführung sind der Anschluss 32 und die Kupplung 55 mit einem Kugelhahn 54 verbunden, mit dem die Wasserversorgungen abgesperrt werden können. Die Wasserversorgung zum Anschluss 32 ist mit einem Schlauch mit einer nicht gezeigten Versorgung für einen trockenen Sprinkler oder mit einer Wasserleitung verbindbar. Die Kupplung 55 ist mit einer Wasserleitung oder mit einem Wassertank verbindbar.
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In Fig. 3 ist der Behälter 3 geöffnet ohne elektrochemische Vorrichtung 2 gezeigt.
Wenn ein Gasaustritt von der Überwachungseinrichtung 10 detektiert wird, dann setzt die erste Flutung mit Inertgas ein. Wenn ein Überhitzungs- oder ein Brandfall detektiert wird, dann wird die zweite Flutung mit Wasser durchgeführt.
Wenn während der ersten Flutung mit Inertgas ein Überdruck im Behälter 3 entsteht öffnet die Klappe 45 des Entlüftungsanschlusses 44. Durch die Flutung mit Inertgas wird ein möglicher Brand erstickt. Die Klappe 45 öffnet nur nach außen. Es strömt für den Brand kein Sauerstoff über diese Klappe 45 ein.
Bei der Feststellung des Gasaustritts oder des Brandes durch die Überwachungseinrichtung 10 wird in der gezeigten Ausführung die elektrische Verbindung zu den anderen Vorrichtungen des Prüfstandes 1 unterbrochen.
Während der zweiten Flutung mit Wasser wird über den Pegelsensor 13 der Flüssigkeitspegel im Behälter 3 überwacht. Bei Erreichen eines Pegelgrenzwertes wird die Flutung gestoppt.
Nach dem Ende des Verfahrens ist der Behälter 3 über die Drainageleitung 46 von der Flüssigkeit entleerbar. Die vom Brand verschmutzte Luft wird durch den Druckluftanschluss 50 hinausgespült.

Claims (16)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E
    1. Verfahren zur Überwachung und zum Schutz einer elektrochemischen Vorrichtung (2), die insbesondere in Betrieb ist, in einem Behälter (3) eines Prüfstandes (1) mit einer Überwachungseinrichtung (10), die bei Gasaustritt oder im Überhitzungs- oder im Brandfall zumindest eine Flutvorrichtung (20, 30, 56) auslöst, wobei das Verfahren umfasst:
    a) Detektieren eines Gasaustritts oder eines Überhitzungs- oder eines Brandfalls durch die Überwachungseinrichtung (10);
    b) Fluten des Behälters (3) des Prüfstandes (1) mit einer ersten Flutvorrichtung (20) mit einem Inertgas - vorzugsweise mit Argon wenn ein Gasaustritt erkannt wurde; und/oder
    c) Fluten des Behälters (3) mit einer Flüssigkeit - vorzugsweise mit Wasser durch zumindest eine zweite Flutvorrichtung (30, 56), wenn ein Brand- oder Überhitzungsfall erkannt wurde.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Entstehen eines Überdrucks im Behälter (3) nach oder während der Flutung ein Ventil eines Entlüftungsanschlusses (44) öffnet und eine Strömungsverbindung vom Behälter (3) mit einer Umgebung (6) des Behälters (3) hergestellt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Flutung des Behälters (3) mit Flüssigkeit durch den Kontakt der elektrochemischen Vorrichtung (2) mit der Flüssigkeit eine Entladung der elektrochemischen Vorrichtung (2) durch Elektrolyse ausgelöst wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (10) die Temperatur der Flüssigkeit nach der Flutung über die zweite Fluteinrichtung (30) misst.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Behälter (3) durch eine Drainageleitung (46) entleert wird, die vorzugsweise händisch oder durch ein Überdruckventil (47) geöffnet wird.
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  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Entleerung der Flüssigkeit Luft durch einen Druckluftanschluss (50) in den Behälter (3) strömt und die verschmutzte Luft aus dem Behälter (3) spült.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (10) einen Pegelstand der Flüssigkeit während der Flutung über die zweite Fluteinrichtung (30, 56) überwacht.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Vorrichtung (2) über ein Batterietestsystem (7) des Prüfstandes (1) überwacht wird.
  9. 9. Prüfstand (1) mit Behälter (3) für eine elektrochemische Vorrichtung (2) mit zumindest einer Flutvorrichtung (20, 30, 56), die zur Auslösung mit einer Überwachungseinrichtung (10) verbunden ist, die insbesondere einen Gassensor (11) und einen Rauchsensor (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Flutvorrichtung (20) zur Füllung des Behälters (3) mit Inertgas und/oder eine zweite Flutvorrichtung (30, 56) zur Füllung des Behälters (3) mit einer Flüssigkeit vorgesehen sind.
  10. 10. Prüfstand (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) eine Schnittstelle (5) aufweist, durch die dieser zumindest mit dem Stromnetz für Prüfungen von außen verbindbar ist.
  11. 11. Prüfstand (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (5) eine Verbindung (8) zu einem Batterietestsystem (7) des Prüfstandes (1) aufweist.
  12. 12. Prüfstand (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) Kühlleitungen (49) aufweist, die mit der elektrochemischen Vorrichtung (2) verbindbar ist.
  13. 13. Prüfstand (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Drainageleitung (46) vorgesehen ist.
  14. 14. Prüfstand (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasinhalt des Behälters (3) über einen
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    Entlüftungsanschluss (44) nach außen verbindbar ist und der Entlüftungsanschluss (44) zumindest ein Ventil aufweist.
  15. 15. Prüfstand (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckluftanschluss (50) vorgesehen ist.
  16. 16. Prüfstand (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau des Behälters (3) einer Brandschutzklasse entspricht.
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