CN107303413A - 将至少一种灭火剂引入电池中的灭火方法和灭火设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将至少一种灭火剂引入电池——特别是用于机动车的高压电池——中的方法。将所述至少一种灭火剂引入电池的至少局部为防止水浸入而密封的壳体中，在该壳体中布置有多个电池单体。为此，通过借助于灭火设备(32)的端部区域(34)穿透壳体的壁部的子区域，在所述子区域中制造通孔。通过灭火设备(32)的输入通道(40)将至少一种灭火剂引入电池的壳体中。此外本发明还涉及一种灭火设备(32)。

Description

将至少一种灭火剂引入电池中的灭火方法和灭火设备
技术领域
本发明涉及一种用于将至少一种灭火剂引入电池——例如是用于机动车的高压电池——中的方法。将所述至少一种灭火剂引入电池的至少局部为防止水浸入而密封的壳体中。在该壳体中布置有多个电池单体。此外本发明还涉及一种用于将至少一种灭火剂引入这样的电池中的灭火设备。
背景技术
文献DE 10 2013 021 416 A1描述一种用于机动车的高压电池，其具有朝外严密密封的壳体，在该壳体中接纳有电化学单元。壳体包括用于连接灭火装置的接口，通过接口可以将灭火剂引入高压电池的壳体中。接口可以具有螺纹式连接件或卡口式连接件或插拔式连接件或弹簧机构。此外如果通过控制线路接收预定的事故信号或紧急情况信号，那么可以借助于烟火设备制造另一接口。
这样的方法是易出错的，例如由于具有高压电池的机动车的事故通过控制线路不再能够接收事故信号或紧急情况信号。
文献DE 10 2008 059 968 A1描述一种用于运行车辆的锂离子电池的方法，其中，为了防止电池单体发生火灾，将电池内部空间通过紧急情况线路与冷却剂回路流体连接并且将冷却剂从冷却剂回路导入电池内部空间中。
文献DE 10 2008 059 948 A1描述一种用于防止车辆的锂离子电池发生火灾的方法，其中，将电池内部空间经由紧急情况线路与灭火剂储存器连接。为了防止发生火灾，将灭火剂从灭火剂储存器导入内部空间中。
由现有技术此外已知了，将机动车的高压电池——例如锂离子电池——引入灌有水的所谓的水箱中。这样的水箱可以按照打开的容器的形式设计或者按照可以借助于盖关闭的盒子的形式设计。然而在重的高压电池的情况下——该高压电池的重量例如可以为大于700千克，电池的操纵在将其引入水箱中的情况下是困难的。此外存在特别大的、按照容器形式设计的具有用于水管路的接口的水箱。可以将整个机动车连同电池一起放入这样的水箱中并且紧接着灌水。如果电池的一个或多个电池单体作出反应，也就是说如果例如出现所谓的热渗透，那么可以进行这种类型的电池灭火。在热渗透的情况下，放热化学反应导致自身强化的、产生热的过程，结果可能导致火灾或者甚至爆炸。
在将整个机动车引入水箱中的情况下不利的是，也可能不必要地向车辆灌水并因此损坏或甚至损毁车辆。此外，电池壳体——在其中存在各个电池单体——至少基本上水密封或受保护地构成，从而基于壳体阻止水引入壳体中。因此不能知晓的是，被引入水箱中的水究竟是否渗入电池壳体中或者有多少水渗入电池壳体中。只要壳体是密封的，则在环绕电池壳体的水箱中的水基于热吸收而仅仅导致到水箱周围环境中的热输出减少。
发明内容
因此本发明的任务在于，实现一种开始所述类型的改进的方法和适合于实施该方法的灭火设备。
该任务通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求10特征的灭火设备解决。具有本发明的适宜的改进方案的有利设计方案在从属权利要求中提出。
在按照本发明的用于将至少一种灭火剂引入电池中的方法中，将所述至少一种灭火剂引入电池的至少局部为防止水浸入而密封的壳体中。在电池的该壳体中布置有多个电池单体。通过借助于灭火设备的端部区域穿透壳体的壁部的子区域，在所述子区域中制造通孔。已经在穿透期间和/或紧接着通过灭火设备的输入通道将所述至少一种灭火剂引入电池的壳体中。壳体的壁部则局部地、亦即在子区域中被损毁。如此对于灭火剂实现可进入到壳体内部中。这借助于灭火设备的端部区域发生，该端部区域例如可以按照矛的形式设计。
电池——该电池特别可以是用于机动车的高压电池、例如具有多个锂离子电池单体的高压电池——那么不再概括来说被从外部灭火或放入水箱中。而是电池保留在其最初状态或者在其最初位置。在那里，灭火设备的端部区域、亦即例如灭火枪撞入壳体壁部中并且在此穿透壁部的子区域。
通过借助于灭火设备将至少一种灭火剂引入电池壳体的内部中，至少一种灭火剂可以在各个电池单体的紧邻的周围环境中发挥其灭火作用或冷却作用。电池的各个电池单体具有相应的电池单体壳体并且分别提供特定的额定电压、例如锂离子电池单体的额定电压。根据灭火剂的特性，该灭火剂可以特别用于电池单体的中和/平衡(Neutralisieren)，亦即用于该电池单体的有目的的放电，例如其方法是通过至少一种灭火剂使电池单体短路。灭火剂那么优选用于，中断在热渗透中出现的链式反应或自身关于热输出强化的反应。
该方法特别是可有利地用于如下电池，该电池具有相对于水的渗入完全密封的壳体。在这样的电池中也就在灭火时从外部没有灭火剂进入电池壳体的内部中。然而灭火设备用于如下情况，该灭火设备的端部区域穿透电池壳体壁部的子区域并且在此在壁部中制造通孔。
然而该方法也可以用于如下电池，该电池不具有完全密封的电池壳体。特别是这在如下情况下适用，即这样的电池被安装到机动车中、例如在行李舱中并且由此壳体的具有非密封位置的区域不再容易进入。此外在这样的电池中可以借助于灭火设备在相同时间间隔内将显著更多灭火剂引入电池壳体的内部中，如这通过从外部向这样的电池加载灭火剂可能实现的那样。
优选地，将灭火设备的端部区域以如此程度导入电池的壳体中，使得避免端部区域损坏电池单体的相应电池单体壳体。备选、优选然而附加地，将灭火设备的端部区域以如此程度导入壳体中，使得避免在电池壳体内部中的引导电流的构件与端部区域之间的接触。换言之，那么优选地将电池的无危险位置用于在那里借助于灭火设备的端部区域穿透壁部的子区域。壳体的这种无危险位置可以特别是做过标记的。此外灭火设备可以具有标记和/或止挡件，其用于使得灭火设备的端部区域不被或者不能被以过大程度地导入电池壳体中。
在灭火设备的端部区域的相应稳定的设计方案中——例如通过由金属制成该端部区域，通常由铝或由塑料、特别是纤维增强塑料制成的电池壳体可以在任意位置被穿透。
然而如下所述地使得子区域的穿透特别简单，即通过借助于端部区域穿透布置在壳体的壁部中的压力补偿元件的膜片，在所述压力补偿元件中制造通孔。这样的压力补偿元件用于，在电池壳体内的压力可以按照周围环境压力补偿。膜片因此对于气体是可透过的，然而对于水是不可透过的，从而确保壳体相对于水的密封性。只要用于灭火设备的压力补偿元件是可进入的，在这样的压力补偿元件上就可以特别容易地穿透壳体壁部。
优选地，为了制造通孔，利用灭火设备的端部区域的尖端穿透壁部的子区域。所设置的呈尖端形收拢的端部区域也就简化了壁部的子区域的穿透。
在此特别是可以设定，至少一个布置在端部区域中的倒钩在壁部中固定住端部区域以防止端部区域移出。如此可以特别容易地实现，端部区域不会由于至少一种灭火剂引入壳体中而在压力下又从通孔中滑出。
优选地，至少一种灭火剂经由布置在端部区域的内部中的输入通道导入壳体中。端部区域那么可以按照插管或套管的形式设计。如此可以通过特别紧凑的方式实现将至少一种灭火剂引入壳体中。
此外有利的是，从电池的壳体中排出的灭火剂经由灭火设备的、布置在端部区域的内部中的回流通道导出。如此可以确保，不会由于将灭火剂引入到电池壳体中而使得壳体中的压力过于剧烈地上升并且可能甚至壳体裂开或撕开。此外如此也可以在除了通孔之外还密封的壳体的情况下剩余输入的灭火剂又可以从壳体中排出。那么灭火剂可以用于实现电池的冷却，其方法是灭火剂吸收热量并且随后经由回流通道从壳体中导出。
在此已经证实为有利的是，通过经由回流通道排出到周围环境中的灭火剂打开过压阀，该过压阀构成为用于关闭回流通道。如此可以特别是确保，也可以克服重力作用将至少一种灭火剂引入电池的壳体中并且即便如此壳体中的压力不超过在过压阀打开时的压力。过压阀可以特别是在超过大约0.1巴的过压时打开。
优选地，将灭火设备保持在灭火设备的把手件上，该把手件由电气绝缘的、包裹一部分端部区域的材料形成。因此，即使该端部区域例如由金属制成也能安全地操纵端部区域。此外、这种例如由塑料制成的并且因此防滑的把手件简化了灭火设备的操作，其中，把手件特别可以布置在端部区域的后面的部分中。
优选地，通过将与端部区域连接的软管连接到关断设备的出口并且打开关断设备，通过所述软管向输入通道加载所述至少一种灭火剂。因此可以出于安全距离的原因打开关断设备并且因此实现将灭火剂经由软管并且继续经由端部区域引入壳体中。关断设备可以是灭火设备的一部分或者布置在相应的灭火剂储存器上或灭火剂管路上。
作为所述至少一种灭火剂优选应用水。因为水可以不仅特别好地将在热渗入时释放的热量吸收并且如此用于实现电池的灭火或冷却。而且通过水也可以实现电池的电池单体的有目的的放电。此外水能容易地并且成本有利地获得。
作为灭火剂或冷却介质除了水之外然而也可以将粉末——如其例如在灭火器中采用——或者气体引入电池的壳体中。特别是二氧化碳或惰性气体、如例如氩在此是优选的。因为这样的气体不影响电池单体的电气特性，而是仅仅导出热。此外也可以应用固体二氧化碳作为灭火剂。此外可能的是，在时间上依次将不同灭火剂通过灭火设备引入壳体中，例如首先引入气体和随后引入水。
按照本发明的灭火设备构成为用于，将至少一种灭火剂引入电池——特别是用于机动车的高压电池——中。这种电池具有至少局部为防止水浸入而密封的壳体，在该壳体中布置有多个电池单体。电池灭火设备具有端部区域，该端部区域构成为用于，在电池壳体的壁部的子区域中制造通孔。为此可以借助于灭火设备的端部区域穿透所述子区域。此外，灭火设备具有输入通道，通过该输入通道能将所述至少一种灭火剂引入壳体中。
借助于这样的灭火设备可以实现改进的灭火、冷却和中和、亦即电池——特别是高压电池——的有目的的放电，该电池具有多个锂离子电池单体。
对于按照本发明的方法所述的优点和优选实施形式也适用于按照本发明的灭火设备，并且反之亦然。
之前在说明书中所述的特征和特征组合以及以下在附图说明中所述和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能以分别提出的组合而且能以其他组合或单独地应用，而不会脱离本发明的保护范围。因此如下实施方案也可视为由本发明包括和公开，该实施方案在附图中没有明确示出或阐明然而通过分离的特征组合由阐明的实施方案得知并且可产生。因此不具有最初表达的独立权利要求的所有特征的实施方案和特征组合也可视为是公开的。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节由权利要求、对优选实施形式的以下描述以及根据附图得出。其中：
图1透视地示出用于机动车的锂离子高压电池；
图2示出按照图1的电池的俯视图，其中，标记电池的如下位置，压力补偿元件位于该位置上；
图3示出按照图2的电池壳体的壁部的区域，压力补偿元件位于其中；
图4透视地示出在装配到电池壳体的壁部上之前的示例性压力补偿元件；
图5示出装配的压力补偿元件的剖面图；
图6示出压力补偿元件的另一透视图；以及
图7示意地示出灭火设备，通过该灭火设备可以将灭火剂、如例如水引入电池的壳体中。
具体实施方式
图1示意地示出用于机动车的、设计为高压电池的电池10。这样的高压电池用作用于例如电动车或混合动力车辆的驱动电机的电气蓄能器。相应地在电池10的壳体12内布置有多个单个的锂离子电池单体，它们电地串联和/或并联连接，以便提供对于机动车的驱动所需要的高电压和电流。电池10在此具有第一区域，在该第一区域中布置有电池连接盒14。该电池连接盒14用于连接到车辆侧的电气线路并且通常包含用于中断或建立导电连接的开关或诸如此类。
在另一区域16中，电池10在此相比于具有电池连接盒14的区域设计为升高的。由此电池10可以在机动车底部区域中按照特别好地利用结构空间的方式和方法安装。电池10的侧向结构18用于将电池10固定在机动车车身上。在图1中示出的电池10仅仅是示例性的并且可以考虑这种作为用于机动车——如例如乘用车——的高压电池的电池10的不同结构形式和设计方案。
由图2和图3的概览明确的是，在电池10的壳体12的壁部20的区域中布置有压力补偿元件22。在该压力补偿元件22的区域中，电池10的此外防止水浸入而密封的壳体12相比于在壳体12的、与压力补偿元件22邻接的区域中更容易被破坏。这取决于，压力补偿元件22具有膜片24(参见图4)，通过该膜片实现在壳体12的内部与周围环境之间的压力补偿。
例如由图4以及图5和图6清楚的是，为了将压力补偿元件22固定在壳体12的壁部20上，压力补偿元件22可以具有卡口盖26或诸如此类的固定元件。然而在这里示例性示出的电池10中，压力补偿元件22在壳体12的壁部20上的多个布置变型是可能的。
由图6清楚的是，在压力补偿元件22的侧28上优选设有环绕的密封件30，该侧朝向电池10的壳体12的壁部20的外侧。
可能发生的是，高压电池的一个或多个锂离子电池单体例如由于故障、短路或诸如此类过热或甚至开始燃烧。锂离子电池单体——所述锂离子电池单体中的多个布置在电池10的壳体12内——的这种反应也称为热渗透。在此，放热化学反应导致自身加强的热释放。在这样的情况下需要对电池10进行冷却或灭火。
为了实现这一点，在此应用灭火设备32，该灭火设备按照矛34的形式设计为具有连接到矛34的软管36(参见图7)。矛34为了在限定的无危险的位置的灭火或冷却而撞入电池10或蓄能器中，例如在如下位置，在该位置上压力补偿元件22中之一简化可进入性。电池10也就不被灭火，其方法是电池10的壳体12被从外部加载水或者引入到水箱或诸如此类中。而是电池10可以保持在其最初状态下，例如在电池10的制造期间的装配架上；在输送架上，在其上电池10被输送给机动车；或者保持在安装到机动车中的状态下。
由于设有由塑料制成的压力补偿元件22，矛34可以特别简单地撞入电池10的壳体12中，其中，在压力补偿元件22的区域中穿透壳体12的壁部20并且在此在壁部20中制造通孔。这借助于矛34的硬尖端38发生。硬尖端38优选由金属制成，从而如果压力补偿元件22都不能容易地进入，那么在怀疑情况下也可以穿透电池10的由塑料或铝合金制成的壳体12。
在矛34的区域中存在输入通道40或入口，通过该矛提供灭火设备32的端部区域。通过该输入通道40可以将灭火剂——例如水——引入到电池10的壳体12的内部中。在矛34的硬尖端38的区域中此外优选设有倒钩42。倒钩42用于使得矛34在穿透壳体12的壁部20之后特别是在压力补偿元件22的区域中在此卡住并且不再能从借助于矛34制造的通孔中滑出。
在矛34的、与尖端38对置的端部44上，在矛34上连接有软管36，该软管的长度用于实现，可以从安全距离打开用于电池10的灭火的水。此外优选地设有例如阀46形式的关断设备，借助于该关断设备可以将灭火剂的入口后置并且与电池10隔开空间距离地导入。通过经由软管36并且继续经由输入通道40引入电池10的壳体12中的灭火剂——特别是水——在阀46打开之后具体地在内部完全涌入壳体12。
那么如果电池10的壳体12被灌满水，那么在通过矛34制造的刺入位置输送的水还可以还受限制地流出。为此在矛34内优选构成回流通道48或溢流口。回流通道48通过阀50关闭，该阀构成为过压阀。如果在电池10的壳体12内并因此还有在回流通道48内的压力超过预定阈值，那么阀50相应地打开。例如阀50可以如此设计，使得该阀在大约0.1巴的过压时打开。这能实现，在电池10的从下方渗入的壳体12中水可以提高直至完全灌满壳体12，而电池的壳体12不会爆炸。
一旦水经由回流通道48在随后打开的阀50的情况下排出到周围环境中，则操作灭火设备32的人员感知到，电池10的壳体12被完全灌满水。如果电池10的壳体12始终是密封的并且壳体12内的温度不再继续上升，而是下降，那么足够的水位于电池10中，以便现在有目的地将电池单体放电。水特别是在从各个电池单体中排出的电解质的参与下用于使得电池单体短路。如此矛34也用于中和，亦即用于电池单体的有目的的放电，该电池单体位于电池10的壳体12内。
如果相比之下电池10的壳体12是不密封的并且水在另外的位置作为借助于矛34制造的入口位置从壳体12中排出，那么可以通过另外的水流入维持在电池10的壳体12内的水位并且如此进一步降低温度。同样适用于如下情况，即电池10的壳体12是密封的并且壳体12内的温度继续上升。
在矛34的端部44的区域中——在该端部上连接有软管36——优选地设有把手件52，该把手件由电气绝缘的、包裹一部分构成为矛34的端部区域的材料形成。该把手件52那么优选在与尖端38对置的子区域中包裹矛34。如此可以通过如下方式和方法操纵矛34，使得该矛对于进行电池10的灭火、冷却或中和的人员是无危险的。
作为灭火剂或冷却介质除了水之外也可以应用粉末或气体如例如二氧化碳或氩。为了实现电池12的电池单体的有目的放电并且因此为了实现电池12的中和然而水是特别适合的。然而也可以引导不同灭火剂或介质经过矛34。

Claims (10)

1.一种用于将至少一种灭火剂引入电池(10)——特别是用于机动车的高压电池——中的方法，其中，将所述至少一种灭火剂引入电池(10)的至少局部为防止水浸入而密封的壳体(12)中，在该壳体中布置有多个电池单体，
其特征在于，
通过借助于灭火设备(32)的端部区域(34)穿透壳体(12)的壁部(20)的子区域，在所述子区域中制造通孔，其中，通过灭火设备(32)的输入通道(40)将所述至少一种灭火剂引入电池(10)的壳体(12)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将灭火设备(32)的端部区域(34)以如此程度导入电池(10)的壳体(12)中，使得避免端部区域(34)损坏电池单体的相应电池单体壳体和/或避免在电池(10)壳体(12)内部中的引导电流的构件与端部区域(34)之间的接触。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过借助于端部区域(34)穿透布置在壳体(12)的壁部(20)中的压力补偿元件(22)的膜片(24)，在所述压力补偿元件(22)中制造通孔。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了制造通孔，利用灭火设备(32)的端部区域(34)的尖端(38)穿透壁部(20)的子区域，其中，至少一个布置在端部区域(34)中的倒钩(42)在壁部(20)中固定住端部区域(34)以防止端部区域移出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，从电池(10)的壳体(12)中排出的灭火剂经由灭火设备(32)的、布置在端部区域(34)的内部中的回流通道(48)导出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过经由回流通道(48)排出到周围环境中的灭火剂——特别是在超过大约0.1巴的过压时——打开过压阀(50)，该过压阀构成为用于关闭回流通道(48)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将灭火设备(32)保持在灭火设备(32)的把手件(52)上，该把手件由电气绝缘的、包裹一部分端部区域(34)的材料形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，通过将与端部区域(34)连接的软管(36)连接到关断设备(46)的出口并且打开关断设备(46)，通过所述软管(36)向输入通道(40)加载所述至少一种灭火剂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述至少一种灭火剂，将水和/或粉末和/或至少一种气体——特别是二氧化碳和/或氩——引入电池(10)的壳体(12)中。
10.一种用于将至少一种灭火剂引入电池(10)——特别是用于机动车的高压电池——中的灭火设备，其中，电池(10)具有至少局部为防止水浸入而密封的壳体(12)，在该壳体中布置有多个电池单体，
其特征在于，
灭火设备(32)具有端部区域(34)，该端部区域构成为用于，在壳体(12)的壁部(20)的子区域中制造通孔，其方法是借助于灭火设备(32)的端部区域(34)穿透所述子区域，其中，灭火设备(32)具有输入通道(40)，通过该输入通道能将所述至少一种灭火剂引入壳体(12)中。
CN201710266597.8A 2016-04-22 2017-04-21 将至少一种灭火剂引入电池中的灭火方法和灭火设备 Pending CN107303413A (zh)

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