CN103299475A

CN103299475A - 电化学储能设备内部，表面或周围的灭火或防火装置及方法

Info

Publication number: CN103299475A
Application number: CN2011800536507A
Authority: CN
Inventors: 蒂姆·谢菲尔
Original assignee: LI TEC VERMOEGENSVERWALTUNGS GmbH
Current assignee: LI TEC VERMOEGENSVERWALTUNGS GmbH; Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-09-11
Also published as: DE102010050742A1; US20130277071A1; EP2638598B1; KR20130116277A; WO2012062422A1; JP2013544014A; EP2638598A1

Abstract

电化学能量存储设备内部，表面或者周围的灭火或防火方法或者装置，提供一种装置以确保至少一种惰性气体或者惰性气体的混合物的浓度不会下降到低于电化学能量存储设备内部，表面或者周围的预设值。

Description

电化学储能设备内部,表面或周围的灭火或防火装置及方法

技术领域

本发明涉及电化学能量存储设备内部，表面或者周围的灭火或防火装置及其方法。

背景技术

与电化学能量存储设备相关的特别是与锂基电化学能量存储设备相关的火灾，是必须面对该火灾或者被派去与该火灾斗争或者被派去防止该火灾的人员的重大挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学能量存储设备内部，表面或者周围的灭火或防火装置及其方法，可以可靠地防火或者灭火同时令损失减到最低。该目的可通过任一项独立权利要求所述的方法或者设备来完成。设置从属权利要求以获得发明的细微改良的保护。

本发明提供了一种电化学能量存储设备内部，表面或者周围的灭火或防火方法，其中，优选一装置工作以确保惰性气体或惰性气体的混合物的浓度不降低至低于电化学能量存储设备内部，表面或者周围的预设值。

本发明也提供了一种电化学能量存储设备内部，表面或者周围的灭火或防火装置，该装置优选包括：确保惰性气体或惰性气体的混合物的浓度不降低至低于电化学能量存储设备内部，表面或者周围的预设值的器件。

上下文中，惰性气体理解为适用于防火或者灭火的气体或者气体的混合物，更因为该惰性气体取代或者消除化学反应参与物，该化学反应参与物的存在容易引起或者延续火灾或者是引起火灾或者延续火灾的关键。惰性气体优选为氩气，氮气，二氧化碳或者三种气体中一种气体以上的混合物，如

或者

总的来说，上下文中不会与燃烧材料发生化学反应并且能够强迫用于燃烧材料的可能的反应参与物离开火灾区域的所有气体适合作为惰性气体。为由氩气，氮气，二氧化碳组成的混合物的商标名称，该混合物在灭火中作为灭火剂或者在主动防火作为阻隔气体。Inergen的化学成分为52%体积的氮，40%体积的氩和8%体积的二氧化碳。

(http://de.wikipedia.org/wiki/lnergen)

的所有成分：氩气，氮气，二氧化碳均为天然来源。氩和氮从环境大气得到，二氧化碳从天然气源回收得到。火灾被扑灭后，它们漏出没有变化地回到大气中，不会污染环境。通过迫使氧气离开其位置来灭火，同时二氧化碳成分确保提供氧气给人体。

取决于火灾的风险和灭火剂的质量，在饱和空间中，8%体积含量的CO₂在灭火剂中减少2.5-5.0%体积浓度。该低百分比影响人体的呼吸，具有以下结果，在灭火范围内，供应的氧气减少到14%体积至10%体积以灭火，通过上升的呼吸率（体积）来补偿。提供给我们脑细胞以确保维持必要的人体活动的氧气数量几乎保持不变，即使对于那些失去知觉的个人也是一样。因此

为不伤害人体组织的灭火剂。它完全灭火无残留，是百分百环境中性的。

(http://www.totalwalther.de/inergen_loeschanlagen.htm).

惰性气体氩在0摄氏度和1013hPa下的密度为1.784kg/cm³，因此比空气重。它是化学惰性的，是最便宜的惰性气体且可大量供应，因此它被用于众多工业应用。当氮气不能用作保护气体时，氩气优先用作于保护气体，例如处理在高温时会与氮气发生反应的金属时。氩气没有毒甚至用于食品添加剂(E938)作为推进和保护气体，尤其适用于包装食品和酿酒。由于氩气的窒息效果，氩气可用作为气相灭火剂且最要用来保护物体，特别是电子系统和计算机系统。(http://de.wikipedia.org/wiki/Argon).

氮气为无色无毒的气体，它比空气重，在0摄氏度下的密度为1.250kg/cm³，沸点为77.36开。氮分子占天然的呼吸空气的78%，因此是天然的呼吸空气的主要成分。跟氩气一样，氮气被批准用于食品添加剂，例如，当其具有标志符E941时，其作为鲜奶油的推进、保护气体。氮气在焊接和其他应用中作为保护气体，也作为灯泡填充气体。氮气的惰性特性使它非常适合这些应用。

(http://de.wikipedia.org/wiki/Stickstoff).

二氧化碳为无色无味的气体，它易溶于水但不可燃烧，并且仅在高于2,000°C的温度下分解释放出一氧化碳和氧气。用碱性金属氧化物或金属氢氧化物如果生成两种盐，这两种盐被称为碳酸盐和碳酸氢盐。(http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffdioxid).二氧化碳是呼吸空气的天然成分，其平均浓度为0.038%。由于其替换氧气的特性，二氧化碳用于灭火用途，特别是手持灭火器和自动灭火系统。

作为惰性气体的成分，二氧化碳为Inergen添加用于人们常去的房间灭火和防火的能力。在这些环境中，二氧化碳具有在低氧环境下增加人们呼吸频率的作用。因此，虽然氧气浓度仅仅大于10%体积，人们在充满Inergen的房间里能够幸存下来。当氧气浓度很低时，因为很多火灾不能继续燃烧甚至不能开始，所以基于Inergen的防火或者灭火装置通常首选于具有其他保护气体的灭火装置，因为前者可以积极帮助以降低涉及人员的威胁。

是为由50%氩气和50%组成的混合物的商标名称。与Inergen不同，Argonite不包含任何额外的二氧化碳，这意味着当使用Argonite时，在Inergen中二氧化碳的可能的生命保留效果不会出现，然而其与偶尔的有利后果相关，因为当使用Argonite时，使用二氧化碳混合物的生物或者化学反应的不良影响不用预知。

另外先前描述的惰性气体如氩气或者氮气或者两者的混合物如Inergen或者Argonite，有时可包括最好含有二氧化碳的混合物，在常态下通常为气态的其他化合物也可认为是用于防火用途的惰性气体，也具有抑火，防火或者灭火的作用。

这些物质也包括三氟甲烷或者类似的三卤甲烷，三卤甲烷中氟成分被另一卤素代替。三氟甲烷具有化学式CHF₃且在各种不同的应用中作为灭火剂，凭借其一般毒性低，非常低的化学反应以及高密度，三氟甲烷很适合这些应用。三氟甲烷可用于商用以及其通过杜邦FE-13制造。

另一种与本发明上下文相关的惰性气体为惰性气体1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷，其通过商标名称HFC-20720或者HFC-227ea为大家所知。它是无色无味的气相卤烃。该化合物通常用作于气相灭火剂。它最适合于数据处理和电信系统区域中的灭火。浓度在6.25%体积到9%体积时，它的灭火作用最有效，美国环境保护局也允许该气体用于人们使用的房间。但是，在非常高的温度下，七氟丙烷分解形成氟化氢。

在本发明上下文中另一种可用做于惰性气体的化合物为一溴三氟甲烷。一溴三氟甲烷在浓度低至6%将火熄灭。

通过商标名Halon1211被人们所知的溴甲烷为另一种可在本发明上下文中使用的化合物。

因为列出的某些含卤素的化合物由于它们对环境有害而引起担心，使用某些含卤素的化合物受到法律的约束，一种或者多种化合物可能在这里引用，该化合物通过商标名Novec1230被人们所知。这里有3M公司生产的产品。Novec1230的密度为1.723g/cm³，这意味着该气体比空气重。该化合物在常态下为液态，这是为什么它可以引入处于液体形式的火灾区域的原因。

其他气相或者液体化合物，由于空间的原因不能一一引用，在本发明的上下文中适合用作于惰性气体或者惰性气体的混合物的成分。

根据本发明的优选实施例，提供了方法及对应的装置，其中装置包含至少一个测量至少一种惰性气体的浓度的传感器。该装置也包括至少一个控制单元，该至少一个传感器的测量值传送到该控制单元。该装置也包括气体传送设备，该气体传送设备由控制单元控制且将惰性气体或者惰性气体的混合物发送到电化学能量存储设备内部，表面或者周围。

测量至少一种惰性气体的浓度具有以下优点，即使在它不能测量或实际测量气相反应参与物如氧气的浓度的地方，因为在燃烧反应中氧气不是唯一的反应参与物，本发明包含该特征的实施例也可有效地使用。本发明的某些优选实施例中，也采取措施以测量至少气相反应参与物的一个浓度或者持续化学反应以及测量至少一种惰性气体的化学反应。这样，可以更好地控制火灾区域的泛滥，这反过来可更好地帮助减轻处于火灾区域的个人健康的有害影响。

根据本发明的另一优选实施例，实施例的特征也可与其他实施例的特征结合，来自于由氩气，氮气和二氧化碳组成的一组惰性气体或者该组气体的至少两种气体的混合物在本发明上下文的方法和装置使用。在本发明的其他优选实施例中，也采取措施以使该组气体的一种或多种气体和不属于该组气体的至少一种别的气体组成的混合物替换该组中的至少两种气体组成的混合物。

在本发明的另一优选实施例中，实施例的特征也可与其他实施例的特征结合，假设一股气流临时产生或者维持在电化学能量存储设备内部，表面或者周围且有助于气体的混合。本发明的实施例具有以下优点，气体的浓度尤其是惰性气体的或者其他已经测量了浓度的气体的浓度可以在电化学能量存储设备内部，表面或者周围的其他地方保持一致或者大致保持一致。因此，气体传感器的数量可以很少，因为气体浓度的均匀性意味着很少的测量代表了电化学能量存储整个区域的浓度。

该气流优选通过在电化学能量存储设备内部，表面或者周围的风扇产生或者维持。

在本发明的又一优选实施例中，实施例的特征也可与其他实施例的特征结合，假设通过抽取气体临时产生或者维持在电化学能量存储设备内部，表面或者周围的负压力。临时抽取气体有助于加快在化学反应中的可激发，维持或者加速燃烧的反应物的位移和消除从而灭火。进一步地，在气体被临时抽取后负压力产生，这意味着如果惰性气体能够扩充到部分空间，被影响的区域能够更快更容易充满惰性气体。惰性气体的抑火或防火效果因此得到加强或者加速。

在本发明的又一优选实施例中，实施例的特征也可与其他实施例的特征结合，采取措施引入至少一种液体形式的惰性气体或者保持至少一种以液态形式引入的惰性气体。由于优选的挥发性液态惰性气体蒸发产生的冷却效果，特别是如果蒸发时相变的潜热很高，该实施例也提供其他优点。一种或者多种液体形式的惰性气体优选注入与电化学能量存储设备内部，表面或者周围的先前抽取的气体结合。这种方式要求液体形式的惰性气体要高效注入要保护的区域，因为现行的负压帮助该惰性气体漫延以及蒸发。

在本发明的又一优选实施例中，实施例的特征也可与其他实施例的特征结合，假设预先确定的惰性气体或者惰性气体的混合物的浓度值由在电化学能量存储设备内部，表面或者周围测量的温度决定或改变。

在本发明的又一优选实施例中，实施例的特征也可与其他实施例的特征结合，假设预先确定的惰性气体或者惰性气体的混合物的浓度值由在电化学能量存储设备内部，表面或者周围测量或者监测得到的物质浓度决定或改变。在上下文中其浓度被测量或者监测优选的物质为促进火灾的化学反应可能的析出物（反应物）。

下面，将基于本发明的优选实施例和结合附图更详细描述本发明。

附图说明

图1为本发明第一优选实施例的示意图。

图2为本发明第二优选实施例的示意图。

图3为本发明第三优选实施例的示意图。

图4为本发明第四优选实施例的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的电化学能量存储设备的实施例包括处于外壳1的多个电池2和传感器2，测量结果5从传感器2传到控制单元3，控制单元3反过来发送控制信号6到气体供应装置4以基于测量的感应数据控制该气体供应装置4

气体供应装置4优选包括气体储存器皿。如果气体供应装置4没有气体储存器皿，气体从外部通过在图中未画出的气体供应管线提供。传感器2优选为气体传感器，其用于测量外壳1中的惰性气体或者多种惰性气体的浓度。在本发明的其他实施例中，也可以提供多个传感器，多个传感器可以为不同的传感器或者部分传感器为同一种传感器，多个传感器测量同样的物理参数，优选气体浓度或者气体部分压力，或者测量不同的物理参数如惰性气体的浓度，在不同地方加入火灾的化学反应反应物（导入物）的浓度，或者外壳1内部不同地方的温度。根据控制信号6，控制单元3决定气体供应装置4何时和以何种方式以一种或者多种惰性气体充满外壳体积7。

用气体特别是惰性气体充满房间可以用液体状态或者气体聚集状态的气体来完成。如果气体是以液体状体引入，其有理由描述为气体，假设所述的液体优选为易挥发的，并迅速和完全转变成气体聚集状态，或者在充满过程中在当前条件下（压力，温度等等）至少充分地转变成气体聚集状态。

如果上下文中使用在其从液态转变成气态的转变过程中吸收大量热量的物质，带来以下优点：与之相关的冷却效果作为受影响区域中抑火或者防火的又一个因素，通过消除参加化学反应的可能触发或者维持火灾的潜在反应的能量，从而有可能显著增加反应所需的活化能。

本发明图2中的实施例，气体供应装置4a设置于外壳1的外表面，因此其可能将具有惰性气体的气流7a流到外壳1的外部。为了确保气流7a可根据测量值控制，另一传感器2a设置于外壳1的外部区域，来自于传感器的测量数据8传送给控制单元3。在本实施例中传感器2设置于外壳1的内部，通过装于外壳1内部的气体供应装置或通过装于外壳1外部的气体供应装置4a，传感器2用于控制外壳内部的气流工作（图中未示出），气体供应装置代表了用惰性气体充满外壳1内部的相应的能力。

图1和图2实施例的结合如图3所示，其中气体供应装置4设置于外壳的内部以保证外壳内部的具有惰性气体的气流7，以及气体供应装置4a安装于外壳的外部以保证外壳外部区域的气流。这样，气体供应装置4和4a由控制单元3和3a控制，控制单元3和3a从如图3所示的单个传感器2接收其测量数据。同时，根据应用的情况，优选提供多个传感器2，将其设置于外壳内部和外部的不同位置。

通过使用安装于电化学能量存储设备里面或者上面的器件，实施例显示了怎样抑制和预防在电化学能量存储设备内部，表面或者周围的火灾，因此该器件与电化学能量存储设备一起容易交换或者替换。对于应用如电动汽车，经常为其计划电化学能量存储设备的频繁更换或者替换，本发明在这方面具有优点。

另一方面，图4展示了本发明的另一实施例，在该实施例中气体供应装置和控制单元设置于外壳1的外面。该实施例展示了惰性气体灭火系统的选择，在惰性气体灭火系统中电化学能量存储设备仅容纳本发明的用于调节气体浓度的装置的传感器。在本实施例中，来自于传感器的测量数据从外壳的内部传送到优选的静止灭火装置或者传送到灭火装置中的控制单元，以作进一步处理。

Claims

1.一种电化学能量存储设备内部，表面或者周围的灭火或防火方法，其特征在于，使用一种装置确保至少一种惰性气体或者惰性气体的混合物的浓度不会下降到低于电化学能量存储设备内部，表面或者周围的预设值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该装置包括：

至少一个用于测量至少一种惰性气体浓度的传感器；

控制单元，该至少一个传感器测量的数值传送到该控制单元；以及

由控制单元控制的气体供应设备，用于引入惰性气体流或者惰性气体混合物流到电化学能量存储设备内部，表面或者周围。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用的惰性气体来自于由氩气，氮气，二氧化碳组成的一组气体，或者该组气体中的至少两种气体组成的混合物，或者该组气体中的至少一种惰性气体和至少一种优选为惰性气体的其他气体组成的混合物，以及这些气体中的至少一种气体的浓度被测量。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，该气体的气流至少临时产生或者保持在电化学能量存储设备内部，表面或者周围且有助于气体的混合。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，通过抽取气体至少临时产生或者维持在电化学能量存储设备内部，表面或者周围的负压力。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，至少一种惰性气体以至少临时液体形式引入或者为了该引入保持液态形式。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，惰性气体或者惰性气体的混合物的预设浓度值由电化学能量存储设备内部，表面或者周围测量的温度决定或者改变。

8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，惰性气体或者惰性气体混合物的预设浓度值由在电化学能量存储设备内部，表面或者周围测量或者监测得到的物质浓度决定或者改变。

9.一种电化学能量存储设备内部，表面或者周围的灭火或防火装置，其包括一种装置，用于确保至少一种惰性气体或者惰性气体的混合物的浓度不会下降到低于电化学能量存储设备内部，表面或者周围的预设值。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置包括：

至少一个用于测量至少一种惰性气体浓度的传感器（2,2a）；

至少一个控制单元（3,3a），该至少一个传感器测量的数值传送到该控制单元；以及

气体供应设备（4,4a,4b），由至少一个控制单元控制（3,3a），用于引入惰性气体流或者惰性气体混合物流到电化学能量存储设备（7,7a,7b）内部，表面或者周围。

11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，使用的惰性气体来自于由氩气、氮气、和二氧化碳组成的一组气体中的一种，或者该组气体中的至少两种气体组成的混合物，或者该组气体中的至少一种惰性气体和至少一种优选为惰性气体的其他气体组成的混合物，以及这些气体中的至少一种气体的浓度被测量。

12.如权利要求9-11任一项所述的装置，其特征在于，该气体的气流至少临时产生或者保持在电化学能量存储设备内部，表面或者周围以有助于气体的混合。

13.如权利要求9-12任一项所述的装置，其特征在于，通过抽取气体至少临时产生或者维持在电化学能量存储设备内部，表面或者周围的负压力。

14.如权利要求9-13任一项所述的装置，其特征在于，至少一种惰性气体以至少临时液体形式引入或者为了该引入保持液态形式。

15.如权利要求9-14任一项所述的装置，其特征在于，惰性气体或者惰性气体混合物的预设浓度值由在电化学能量存储设备内部，表面或者周围测量或者监测得到的物质浓度决定或改变。

16.如权利要求9-15任一项所述的装置，其特征在于，惰性气体或者惰性气体混合物的预设浓度值由在电化学能量存储设备内部，表面或者周围测量或者监测得到的物质浓度决定或改变。