CN103702900A - 用于紧急冷却和/或紧急扑灭船舶的电池组的方法、电池组和船舶 - Google Patents

用于紧急冷却和/或紧急扑灭船舶的电池组的方法、电池组和船舶 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于紧急冷却和/或紧急扑灭船舶(10)的电池组(1)的方法，其具有如下步骤：确定紧急情况(S1)；从船舶(10)的环境(20)中抽取环境水(22)(S2)；利用环境水(22)浸没电池组(1)(S3)。

Description

用于紧急冷却和/或紧急扑灭船舶的电池组的方法、电池组和船舶
技术领域
本发明涉及一种用于紧急冷却和/或紧急扑灭船舶的电池组的方法以及一种电池组和一种带有这样的电池组的船舶。
背景技术
已知如果锂离子电池组处在适合于使存在于电池组的电池中的化学物质燃烧的温度范围中，锂离子电池组可燃烧。取决于所使用的材料和触发因素存在或多或少的很大的点燃危险。点燃例如可由于电池组超过允许的充电结束电压的过载、由于过载的过热、机械损坏、内部故障等等而发生，如果携带电池组的船舶处在紧急情况下，尤其那时同样还可出现点燃。在此，不仅由于明火而释放热，而且出现热的且危害健康的气体，其尤其还可进一步恶化船舶的紧急情况。
已知将这样的气体经由卸压导出到对人员无危害的位置处。问题是通常包含氧气施体(Sauerstoffdonator)的电池组一旦其已经点燃就仅可非常难地被扑灭。因此通常严格地遵循防止电池组的点燃的预防性的措施。这尤其涉及到允许的运行条件(例如电池组的温度)和鉴于运行参数持续地监测电池组的电池。这样的监测通常通过电池组管理系统(BMS)(其可在预告有紧急情况的情况下切断电池组)来执行。
在此，问题是电池组可能被太早地切断而恰在紧急情况下没有直到最后仍起作用地供船舶支配。另一方面，在由多个电池构建的更大的电池组中存在这样的危险，即，虽然电池组管理系统可针对故障情况切断电池组，但其原则上不再可实现使电池组立即放电。因此，即使在紧急切断电池组的情况下还总还存在这样的危险，即，不受控地释放存储在电池组中的能量。
为了还掌控能量释放变得不可避免的这种故障情况，电池组壳体被附加地包装到封闭部(Containment)中，该封闭部可至少在此期间经受住现存的成分和化学物质的可能的能量释放－包括可能的所有燃烧负载，直至可清除危险位置。
尤其在船中，这样的故障情况绝对不是所期望的，因为在极端情况下这可导致乘客和乘务员的落船(Ausbooten)。此外，在由不耐热的材料(例如通常的塑料等)制成的船中，明的电池组火焰可导致泄漏，这在极端情况下甚至可承担船下沉的责任。
期望通过附加防护的措施确保防止电池组起火。
发明内容
在这点上，本发明的目的在于提供一种方法和一种电池组以及一种带有这样的电池组的船舶，通过该方法可靠地避免电池组起火。尤其应提供一种不依赖于通常的冷却系统起作用的方案。尤其应提供一种自动起作用的方案－尤其还用于其他紧急系统失效的情况。
关于方法的目的通过开头所提及的类型的方法来实现，该方法具有如下步骤：
－ 确定紧急情况；
－ 从船舶的环境中抽取环境水(Umgebungswasser)，以及
－ 利用环境水浸没电池组。
本发明基于如下考虑，即，船舶相对与陆上交通工具和飞行器具有如下优点，即，提供有实际上任意量的水。虽然在静态的设备(例如，电池组的通常的冷却系统)中可提供足量的水；然而在陆上交通工具和飞行器中如同在船舶中一样，这由于不实用地携带相应的水量而证实为不可行。本发明已经认识到船舶的环境水在紧急情况下又适合于浸没电池组且因此适合于在最坏的情况下避免能量不期望地释放到船舶本体中或甚至避免电池组的起火。本发明已经认识到作为“最后的手段”，船舶的电池组尤其在反正不再可挽救的有故障的状态的情况下可利用环境水来浸没－这即为考虑成只好许可不能挽回地损坏电池组。这尤其涉及锂离子电池组(其由于其材料特性而对释放能量或起火的事故特别无抵抗力)的情况。
本发明已经尤其认识到可相应地限定故障情况，而电池组的浸没意味着没有更多损失。根据本发明的方案的紧急情况不仅可理解成可控制的紧急情况，而且可理解成不可挽回的紧急情况，由于该不可挽回的紧急情况－其通过电池组管理系统或自己来调节－而发生利用环境水来浸没电池组，以防止更糟糕的情况。在此，本发明的方案考虑允许必要时不可挽回地损坏电池组，以防止更糟糕的情况；尤其以便在最糟糕的情况下防止或扑灭电池组的起火。相对用于电池组的通常的水冷系统，本发明已经认识到该水冷系统通常－尤其在紧急情况下－可能不再可提供足够的冷却水，以便在能量释放之前保护电池组或在起火情况下设有足够的冷却水或消防用水。在此，本发明基于如下考虑，即，恰在常规的水冷的紧急情况下而对此可能缺乏足够的水量。本发明的方案消除了这些缺点且在任何情况下引起防火或者如有可能引起防止电池组的能量释放或者爆炸。
本发明的有利的改进方案可从从属权利要求中得悉，从属权利要求详细地说明了在所提出的目的的范畴中以及关于其他的优点实现上述方案的有利的可行性方案。
特别有利地，在该方法的范畴中，紧急情况在电池组过热的情况下被确定。第一改进方案已经针对该情况设置成利用环境水浸没电池组。
相对于所确定的紧急情况，紧急情况尤其涉及电池组已经不再可通过电池组管理系统切断，或者即使切断电池组，不再可使电池组放电。因此，如果发生难以想象的情况，即，电池组过热到如此程度使得电池组管理系统和切断都不可防止电池组的起火，可产生电池组持久地受损且是对环境的危害。根据第二改进方案将该情况看作为电池组状态的进一步的升级或者恶化，从而可在该情况下进行利用环境水浸没电池组。
根据涉及进一步升级的紧急情况的第三改进方案，确定电池组的温度处于有爆炸危险的范围中。在该情况下同样可设置成利用环境水浸没电池组。
特别优选地，为了实现该方案设置成通过与紧急冷却系统分开的管路(尤其环境水管路)来浸没电池组。因此，就此而言，作为可供电池组使用的系统的紧急冷却系统证实为不依赖于通常的冷却系统。单独的管路尤其为合适于环境水的环境水管路。管路可(但不是必须的)具有泵。
在一种优选的改进方案的范畴中设置成针对电池组的卸压的情况进行电池组的浸没。尤其已经证实可行的是通过卸压自动调节地实现电池组的浸没。该特别优选的方案以此为起点，即，作为这样的电池组的卸压一方面在紧急情况下尚可被接受且另一方面是安全的标志，即，已经实现利用环境水来浸没电池组，以便避免更糟糕的情况。改进方案以此为起点，即，针对该情况电池组的封闭部还足够完好，以便使得能够实现电池组的受调节的浸没。基于该方法，在一种特别优选的改进方案中设置成电池组的浸没通过其爆破片(Berstscheibe)来实现。通常，在正常运行中卸压孔可利用爆破片来封闭，以便湿气、灰尘或类似的外部成分不可侵入到电池组的封闭部中。如从改进方案认识到的那样，在船舶中可将卸压孔耐压地且不漏水地联接到封闭部处且仅对爆破片实施可达处在正常运行压力之上的爆破压力。特别优选的是在吃水线之下利用水自动执行浸没。对此特别有利地设置成爆破片布置在船舶(尤其船舶本体)的吃水线之下。例如，电池组可布置在船舶的船体中，且将环境水管路联接到爆破片处，环境水管路引导至船体出口，在该处存在环境水。
以优选的方式改进的方案设置成电池组封闭部同样是不漏水的，从而在紧急情况下(当根据改进方案爆破片由于过压在爆破压力的对侧被抛出时)，电池组以自动调节的方式被浸没。有利地，此外设置成引导环境水的所有其他部件进一步保持成不漏水，以便防止环境水侵入到船本体中。这尤其适用于电池组的封闭部。
尤其设置成在浸没电池组时使环境水在电池组的封闭部中进行循环。该改进方案负责充分地引出热量，以阻止在电池组的封闭部中的进一步的压力增大。优选在自然循环的范畴中实现通过自然对流的循环。还可用泵来促进循环。尤其设置成在紧急冷却时将沸腾产物(Siedeprodukt)从封闭部中引出到环境中。因此，上述改进方案有利地设置成要么在起冷却作用的环境水的情况下防止沸腾温度，要么将沸腾产物(例如水蒸气等等)压力均衡地引出到环境中。
现在在下面借助附图说明本发明的实施例。附图应不必按比例示出该实施例，而是以示意性的和/或略微变形的形式实施用于阐述的附图。关于可从附图中直接认识到的教导的补充，参照有关的现有技术。在此要考虑到可进行关于实施方式的形式和细节的多种修改和变化，而不偏离本发明的大概思想。本发明的在说明书、附图以及权利要求中公开的特征不仅可单独地而且可以任意的组合对于本发明的改进方案而言是重要的。此外，由在说明、附图和/或权利要求中公开的特征中的至少两个构成的所有组合落入本发明的范畴中。本发明的大概思想不限于下面所显示和描述的优选的实施方式的精确的形式或细节，或者不限制于这样的对象，其相对于在权利要求中提出保护的对象受到限制。对于所说明的测量范围，处在所提及的界限内的值也应作为极限值公开且可任意地使用和要求保护。为了简单起见，下面对带有相同或相似功能的相同或相似的一个或多个部件使用相同的参考标号。
附图说明
本发明的其他的优点、特征和细节从优选的实施例的下面的说明以及借助附图得出；其中：
图1A根据一种优选的实施方式显示了用于紧急冷却和/或紧急扑灭船舶的电池组的方法的大概的流程图；
图1B根据一种用于执行图1A的方法的优选的实施方式显示了带有电池组的船舶的示意性的图示；
图3根据图1的优选的实施方式显示了用于确定紧急情况的优选的流程图；
图4显示了方法的一种特别优选的实施方式的流程图，在该方法中，针对图1的优选的实施方式，在卸压之后且自动调节地实现电池组的紧急扑灭。
具体实施方式
图1在视图(A)中显示了一种用于紧急扑灭船舶10的在视图(B)中示出的电池组1的特别优选的方法流程。船舶10在该实施例的情况下具有锂离子电池组或类似的电池组1，且具有还被称为船体的、由包括不耐热的材料制成的船舶本体11。在此，对于由包括塑料(例如GFK(玻纤增强塑料)或CFK(碳纤维增强塑料)制成的可达50米的生产游艇、巡逻艇或军用船来说为这种情况。
就在此处说明的示例中，即使在用于电池组1的常规的冷却系统13的操作适宜的保护装置失效的情况下可设置成电池组1未失控地处于燃烧中且因此任何情况下也不可释放热量，该热量对于携带电池组的船舶本体11的完整性而言是危险的。
在此，该实施方式已经考虑到在船舶10中恰恰不够的是电池组1由封闭部4仅仅包围地保持一段确定的时间(例如，这在汽车领域中是足够的)。
相应的硬件和/或软件(例如计算机程序产品或相应的传感机构)可以合适的方式在电池组管理系统BMS的范畴中实现。例如，软件模块可根据在图1A和图2以及图3中示出的流程图在紧急模式的范畴中提供在BMS中。
参考图1A，在紧急方法开始S之后(例如通过电池组1的电池组管理系统BMS或其他的环境指标触发)，首先在第一步骤S1中确定紧急情况。在下面说明的实施方式中将紧急情况主要理解为这样的情况，在其中，已经存在相对很高的升级阶段(Eskalationsstufe)，也就是说情况为进行电池组1的卸压和/或电池组1的温度处在有爆炸危险的范围中。
对于该情况，在第二步骤S2中进行从船舶本体11的环境20中抽取环境水22，而在步骤S3中进行通过环境水22浸没电池组1。
此外，下面借助图2和图3详细阐述的方法基于其设计确保：一直且以足够的量对电池组1进行冷却、不存在火焰蔓延到船舶10的船体上(例如蔓延到船结构上)的危险。另一方面还确保可靠地阻止环境水22侵入到船舶10的船体中。
如借助尤其图3的说明详细显示的那样，在此说明的方案可应付没有附加的运行器件的情况，即尤其可应付没有附加的泵或附加的能量需求的情况，以便供应足够量的环境水22来冷却其电池组1。
在该情况下，该方案考虑到电池组1在浸没之后将不可挽回地被损坏－然而这已经考虑到电池组1由于紧急情况反正已不再可被抢救。该方法以消除紧急情况结束E。
图2显示了步骤S1的结构分级，其可为由电池组管理系统BMS监测电池组的不同的温度。在第一步骤S11中可设置成存在电池组的温度高于过热温度Tü的超出。在考虑到其他环境指标或系统信息SA1的情形下，原则上可发出紧急情况信号。在此，这在图2中所显示的实施方式中不是这种情况。
在第二升级阶段中检查电池组1的温度T是否已经超过极限温度TG，在该极限温度中不再可实现电池组1的紧急切断，或不再可使电池组放电。在该情况下，可在考虑到其它环境指标或系统信息SA2的情形下进行电池组1的紧急冷却。对于在图2中示出的示例，这不是这种情况。
但在图2中示出的情况中将肯定地确定电池组1的温度T已经达到有爆炸危险的范围TE。这样的温度例如还可由以信号联结的方式联结到电池组管理系统BMS处的温度传感器5来测量。此外提供有其它的环境指标或系统信息SA3，即，超压功能已经将电池组1的防爆片3炸碎，从而实现电池组1的超压卸载－这在图3的步骤S21中示出。此时，紧接于此自动调节地实现利用环境水22紧急浸没电池组，这如同在根据图3的步骤S22的步骤中示出的那样，因为在处在吃水线21之下的船体出口12处存在环境水22。如所阐述的那样，于是在步骤S21中通过爆裂爆破片3开始电池组的浸没。在步骤S22中通过爆开爆破片3自动实现电池组1的浸没。对此在此将环境水管路2联接到爆破片开口处，该环境水管路引导至船体出口12，在该处存在环境水22。此外，与其他冷却系统13分开的环境水管路2不漏水地联接到电池组1的封闭部4处且与电池组1的封闭部4一起形成封闭的环境水循环系统KW。就此而言，在环境水循环系统KW处存在无限制地来自船舶本体11的环境20的、用于冷却电池组1的环境水22。因此在步骤S22中以足够的量实现电池组1的浸没，直至消除电池组1的起火和/或爆炸危险。
此外，在步骤S23中确保在环境水循环系统KW中充分地实现环境水22的对流。因此还有效地防止环境水22在电池组1中的沸腾。然而如果发生沸腾过程，通过环境水管路2的设计来充分确保保持环境水管路以及封闭部4的完整性，即保持环境水循环系统KW的完整性。有利地，对此在此将沸腾蒸汽(Siededampf)SD等等经由环境水管路2导出到环境20中或者进行压力卸载。该过程可应付无其他的能量供应或技术措施的情况且绝对确保电池组1的扑灭或者冷却。
参考标记列表
SD 沸腾蒸汽
KW 环境水循环系统
S 开始
E 结束
S1,S2,S3 方法步骤
S11,S12,S13 方法步骤
S21,S22,S23 方法步骤
SA1,SA2,SA3 系统信息
A1,A2 接口
T 电池组的温度
TE 在有爆炸危险的范围中的温度
TG 极限温度
Tü 过热温度
1 电池组
2 环境水管路
3 爆破片
4 封闭部
5 温度传感器
10 船舶
11 船舶本体
12 船体出口
13 冷却系统
20 环境
21 吃水线
22 环境水。

Claims (14)

1. 一种用于紧急冷却和/或紧急扑灭船舶(10)的电池组(1)的方法，其具有如下步骤：
－ 确定紧急情况(S1)；
－ 从所述船舶(10)的环境(20)中抽取环境水(22)(S2)；
－利用所述环境水(22)浸没所述电池组(1)(S3)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，紧急情况在所述电池组(1)的过热的情况下被确定(S11)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果电池组管理系统(BMS)不可进行所述电池组(1)的紧急切断和/或所述电池组(1)不再可放电，紧急情况被确定(S12)。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述电池组(1)的温度处于有爆炸危险的范围中，紧急情况被确定(S13)。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述电池组(1)的浸没通过与紧急冷却系统(13)分开的管路(2)来实现。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电池组(1)的卸压的情况下实现浸没，尤其在所述电池组(1)的卸压的情况下自动调节地实现浸没。
7. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述电池组(1)的封闭部(4)的爆破片(3)实现浸没。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，利用环境水(22)在吃水线(21)之下自动地实现浸没。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在浸没所述电池组(1)的情况下实现环境水(22)在该电池组的封闭部(4)中的循环，尤其实现自然循环或泵辅助的循环。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，将在紧急冷却时的沸腾产物从所述封闭部(4)中引出到环境(20)中。
11. 一种电池组(1)，其具有带有用于环境水(22)的入口的封闭部(4)，其中，所述入口可在带有泵或不带有泵的情况下联接到与封闭的冷却系统(13)分开的环境水管路(2)处，并且所述封闭部(4)构造成不漏水。
12. 根据权利要求11所述的电池组(1)，其特征在于，用于环境水(22)的所述入口形成呈用于卸压的爆破片(3)的形式。
13. 一种船舶(10)，其带有电池组(1)，该电池组具有带有用于卸压的爆破片(3)的封闭部(4)，其特征在于，所述爆破片(3)布置在船舶本体(11)的吃水线(21)之下。
14. 根据权利要求13所述的船舶(10)，其特征在于，所述电池组(1)布置在所述船舶本体(11)的船体中，并且至船体出口(12)的环境水管路(2)联接到所述爆破片(3)处，在该船体出口处存在环境水(22)。
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