DE102011080706A1 - A method of extinguishing a fire of an electrochemical device and container disposed in a container - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löschen oder Vermeiden eines Brandes einer in einem Behälter (1) angeordneten elektrochemischen Vorrichtung (10), wobei der Brand oder eine Überhitzung mittels einer Sensoreinheit (9) detektiert und nachfolgend ein Lösch- oder Kühlvorgang ausgelöst wird, wobei zum Löschen oder Kühlen das Innere des Behälters (1) mit einer Menge eines flüssigen Mediums geflutet wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Behälter (1) für die Lagerung, den Transport oder für den Test einer elektrochemischen Vorrichtung (10).The invention relates to a method for extinguishing or avoiding a fire in a container (1) arranged electrochemical device (10), wherein the fire or overheating by means of a sensor unit (9) detected and subsequently an extinguishing or cooling process is triggered, said Extinguishing or cooling the interior of the container (1) is flooded with an amount of a liquid medium. Furthermore, the invention relates to a container (1) for the storage, transport or test of an electrochemical device (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löschen eines Brands einer in einem Behälter angeordneten elektrochemischen Vorrichtung sowie einen Behälter für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere für eine Batterie, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. The invention relates to a method for extinguishing a fire of a container disposed in an electrochemical device and a container for an electrochemical device, in particular for a battery, such as a lithium-ion battery.
Batterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien zeigen insbesondere in denjenigen Fällen, in welchen einzelne Zellen der Batterie beispielsweise durch Handhabungsfehler oder sonstige nachteilige äußere Einflüsse beschädigt sind, die Problematik, dass es gegebenenfalls aufgrund von Überhitzung und damit einhergehenden elektrochemischen Reaktionen zum Ausbruch eines Brands der Batterie oder einzelner Zellen kommt. Die Bekämpfung eines derartigen Brands erweist sich dabei insbesondere deswegen als besonders schwierig, weil oberhalb einer bestimmten Reaktionstemperatur, typischerweise größenordnungsmäßig 200 °C, durch chemische Reaktionen der Bestandteile der Batterien/Zellen Sauerstoff oder andere Reagenzien freigesetzt werden. Dieser Umstand führt dazu, dass ein Löschen eines Batteriebrandes durch beispielsweise Ersticken mit CO2 oder einem anderen geeigneten Gas nicht möglich ist, da durch den Brand selbst Sauerstoff freigesetzt wird. Batteries, such as lithium-ion batteries, in particular in those cases in which individual cells of the battery are damaged for example by handling errors or other adverse external influences, the problem that it may be due to overheating and concomitant electrochemical reactions to the outbreak of a fire the battery or single cell comes. The control of such a fire proves to be particularly difficult because above a certain reaction temperature, typically of the order of 200 ° C, are released by chemical reactions of the components of the batteries / cells oxygen or other reagents. This circumstance means that it is not possible to extinguish a battery fire by, for example, suffocation with CO 2 or another suitable gas, since oxygen is released by the fire itself.
Insbesondere diese Problematik hat in der Vergangenheit dazu geführt, dass beschädigte Batterien oder Batteriezellen mit einer Masse über 500 g auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland nicht ohne Ausnahmegenehmigung transportiert werden durften. Dadurch wurde der Umgang mit derartigen Batterien in der Vergangenheit erheblich erschwert. In particular, this problem has in the past meant that damaged batteries or battery cells with a mass above 500 g in the territory of the Federal Republic of Germany could not be transported without a special permit. As a result, the handling of such batteries has been made considerably more difficult in the past.
Die Erfindung stellt sich damit die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche den Umgang mit beschädigten Batterien bzw. Batteriezellen, die sich gegebenenfalls in einem undefinierten Zustand befinden können, vereinfacht und zur Erhöhung der Transportsicherheit beiträgt. The invention thus has the task of specifying a method and a device which simplifies the handling of damaged batteries or battery cells, which may possibly be in an undefined state, and contributes to increasing the transport safety.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung. This object is achieved by the method and the device having the features specified in the independent claims. The subclaims relate to advantageous embodiments and variants of the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Löschen oder Vermeiden eines Brandes einer in einem Behälter angeordneten elektrochemischen Vorrichtung wird eine Überhitzung oder ein Brand mittels einer Sensoreinheit detektiert und nachfolgend ein Löschvorgang ausgelöst. Dabei wird zum Löschen oder Kühlen das Innere des Behälters mit einer Menge eines flüssigen Mediums geflutet. In the method according to the invention for extinguishing or avoiding the fire of an electrochemical device arranged in a container, an overheating or a fire is detected by means of a sensor unit and subsequently an extinguishing process is triggered. In this case, the interior of the container is flooded with an amount of a liquid medium for extinguishing or cooling.
Durch das Fluten des Behälterinneren mit dem flüssigen Medium wird erreicht, dass die elektrochemische Vorrichtung, bei welcher es sich insbesondere um eine Batterie, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie handeln kann, schnell unter eine Temperatur abgekühlt wird, bei welcher die dem Brand zugrunde liegenden chemischen Reaktionen zum Erliegen kommen. Mit anderen Worten wird der Brand durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht wie im Stand der Technik vielfach beschrieben erstickt, sondern es wird eine gezielte, schnelle Kühlung der brennenden Batterie vorgenommen. By flooding the container interior with the liquid medium is achieved that the electrochemical device, which may be in particular a battery such as a lithium-ion battery, is cooled rapidly below a temperature at which the fire is based lying chemical reactions come to a standstill. In other words, the fire is not stifled by the method according to the invention as described many times in the prior art, but it is a targeted, rapid cooling of the burning battery made.
Ebenso kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Brandvermeidung durch eine Kühlung bei Überhitzung erreicht werden, bevor ein Brand entsteht. Likewise, by the method according to the invention a fire prevention can be achieved by cooling in case of overheating, before a fire arises.
Durch die erfindungsgemäß starke Kühlwirkung wird erreicht, dass ein sogenannter „Thermal Runaway“ eines gegebenenfalls überhitzten elektrochemischen Elementes wirksam vermieden wird. Unter einem „Thermal Runaway“ wird eine Situation verstanden, bei welcher das elektrochemische Element wie bspw. eine Batterie eine Temperatur im Bereich von ca. 200°C erreicht, wo es bzw. sie mit konventionellen Sprühverfahren oder durch Sauerstoffentzug nicht mehr wirksam in einen unkritischen Zustand gebracht werden kann, so dass gegebenenfalls ein praktisch nicht mehr kontrollierbarer Brand entsteht. The cooling effect according to the invention achieves the effect that a so-called "thermal runaway" of an optionally overheated electrochemical element is effectively avoided. A "thermal runaway" is understood to mean a situation in which the electrochemical element, such as a battery, reaches a temperature in the range of about 200 ° C., where it or it is no longer effective in a noncritical state by conventional spraying or by deoxygenation Condition can be brought, so that, if necessary, a practically no longer controllable fire arises.
Dadurch, dass die Masse des flüssigen Mediums mindestens der Masse der zu löschenden elektrochemischen Vorrichtung, vorzugsweise mindestens dem Anderthalbfachen der Masse der zu löschenden elektrochemischen Vorrichtung entspricht, kann eine optimale Kühlwirkung erreicht werden. Because the mass of the liquid medium corresponds at least to the mass of the electrochemical device to be extinguished, preferably at least one and a half times the mass of the electrochemical device to be extinguished, an optimum cooling effect can be achieved.
Die Kühlwirkung kann darüber hinaus dadurch gesteigert werden, dass das flüssige Medium eine spezifische Wärmekapazität von mindestens 2,5 J/(g·K), vorzugsweise mindesten 4,0 J/(g·K) besitzt; insbesondere die Verwendung von Wasser als flüssiges Medium ist hier zu nennen. The cooling effect can be further increased by the liquid medium having a specific heat capacity of at least 2.5 J / (g · K), preferably at least 4.0 J / (g · K); in particular the use of water as a liquid medium is to be mentioned here.
Hier ist besonders die geringe Leitfähigkeit von zusatzfreiem Wasser von Vorteil. Die Verwendung von Zusätzen würde die Leitfähigkeit i. d. R erhöhen, so dass die Gefahr einer Knallgasbildung entstehen würde. Die Sicherheit kann dadurch weiter erhöht werden, dass vollentsalztes oder demineralisiertes Wasser verwendet wird. Prinzipiell sind hier Flüssigkeiten mit einem dem Wasser vergleichbaren Leitwert vorteilhaft. Here, especially the low conductivity of additional water is advantageous. The use of additives would increase the conductivity i. d. R increase, so that the risk of oxyhydrogen gas formation would arise. Safety can be further increased by using demineralized water. In principle, liquids with a conductance comparable to water are advantageous here.
Dadurch, dass der Lösch- oder Kühlvorgang ausgelöst wird, sobald im Inneren des Behälters eine Temperatur von > 80°C gemessen wird, kann ein erhöhte Sicherheit erreicht werden. Durch diese vergleichsweise niedrige Temperaturschwelle wird der Tatsache Rechnung getragen, dass das Verfahren bei Transport, Lagerung und gegebenenfalls auch Test von beschädigten Batterien zur Anwendung kommt, wo die Gefahr eines Brandes gegenüber dem Fall einer vollständig intakten Batterie bzw. Zelle deutlich erhöht ist. The fact that the extinguishing or cooling process is triggered when a temperature of> 80 ° C is measured inside the container, increased safety can be achieved. Due to this comparatively low temperature threshold the fact that the method is used in transport, storage and possibly also test of damaged batteries, where the risk of fire compared to the case of a fully intact battery or cell is significantly increased.
Zur Anwendung kann ferner beispielsweise ein Rauchmelder mit einem externen Kontakt zur Auslösung einer Lösch- bzw. Flutvorrichtung kommen. Unabhängig vom Vorhandensein eines Temperatursensors ist es vorteilhaft, den Lösch- oder Kühlvorgang sofort einzuleiten, sobald durch den Rauchmelder – gegebenenfalls auch bei Normaltemperaturen – das Vorhandensein von Rauch ermittelt wird. For application, for example, a smoke detector with an external contact to trigger a deletion or flooding device come. Regardless of the presence of a temperature sensor, it is advantageous to initiate the extinguishing or cooling process immediately, as soon as the presence of smoke is determined by the smoke detector - possibly even at normal temperatures.
Im Fall einer Kombination aus Rauchmelder und Temperatursensor kann die Ansteuerlogik für eine Lösch- bzw. Flutvorrichtung insbesondere derart beschaffen sein, dass im Falle einer Detektion von Rauch in jedem Fall der Flutvorgang eingeleitet wird, bei Abwesenheit von Rauch spätestens jedoch dann, sobald eine Temperatur von ca. 100 °C überschritten ist. In the case of a combination of smoke detector and temperature sensor, the control logic for a deletion or flooding device may be such that in case of detection of smoke in each case, the flooding process is initiated, but at the latest when a temperature of 100 ° C is exceeded.
Dadurch, dass ausströmendes Gas, insbesondere Rauchgas, zur mindestens teilweisen Reinigung durch das flüssige Medium hindurchgeleitet wird, kann eine Verringerung möglicher Kontaminationen der Umgebung erreicht werden. By virtue of the fact that outflowing gas, in particular flue gas, is passed through the liquid medium for at least partial purification, a reduction of possible environmental contaminations can be achieved.
Zusätzlich oder alternativ kann das ausströmende Gas gefiltert aus dem Behälter abgeführt werden. Additionally or alternatively, the outflowing gas can be filtered out of the container.
Hierzu kann das ausströmende Gas insbesondere durch eine bspw. mit einem Filterelement versehene Öffnung zum Druckausgleich aus dem Inneren des Behälters in die Umgebung abgeführt werden. Das Filterelement kann dabei insbesondere Steinwolle enthalten. For this purpose, the outflowing gas can be discharged from the interior of the container into the environment, in particular by means of an opening provided, for example, with a filter element for pressure equalization. The filter element may in particular contain rock wool.
Eine effiziente, schnelle Kühlung kann dadurch erreicht werden, dass das Innere des Behälters innerhalb eines Zeitraumes von unter 40 s, vorzugsweise von unter 30 s, geflutet wird. Efficient, rapid cooling can be achieved by flooding the interior of the container within a period of less than 40 seconds, preferably less than 30 seconds.
Das Fluten des Behälters kann gestoppt werden, sobald eine bestimmte Menge flüssigen Mediums in den Behälter eingebracht wurde oder ein bestimmter Füllstand im Behälter erreicht ist; ferner kann nach dem Fluten das Medium durch die o. g. Öffnung abgepumpt werden. The flooding of the container can be stopped as soon as a certain amount of liquid medium has been introduced into the container or a certain level has been reached in the container; furthermore, after flooding, the medium can be replaced by the o. g. Be pumped out opening.
Ein erfindungsgemäßer Behälter zum Transport, zur Lagerung oder zum Test einer elektrochemischen Vorrichtung zeigt eine Sensoreinheit zur Detektion eines Brandes oder einer Überhitzung der elektrochemischen Vorrichtung und Mittel zum Fluten des Inneren des Behälters mit einem flüssigen Medium, welche von der Sensoreinheit angesteuert werden können. A container according to the invention for transport, storage or testing of an electrochemical device shows a sensor unit for detecting a fire or overheating of the electrochemical device and means for flooding the interior of the container with a liquid medium which can be controlled by the sensor unit.
Vorteilhaft ist es, wenn der Behälter als wasserdichter Behälter in dem Sinne, dass in ihn eingefüllte Flüssigkeit bis zu einem bestimmten Füllstand in ihm verbleibt, ausgeführt ist. It is advantageous if the container is designed as a watertight container in the sense that liquid filled in it remains up to a certain level in it.
Die Sensoreinheit kann insbesondere einen Temperatursensor und/oder einen Rauchmelder zeigen. The sensor unit can in particular show a temperature sensor and / or a smoke detector.
Dadurch, dass das flüssige Medium eine spezifische Wärmekapazität von mindestens 2,5 J/(g·K), vorzugsweise mindesten J/(g·K) besitzt, kann eine effiziente Kühlung erreicht werden Because the liquid medium has a specific heat capacity of at least 2.5 J / (g · K), preferably at least J / (g · K), efficient cooling can be achieved
Bei dem flüssigen Medium kann es sich beispielsweise um Wasser handeln. The liquid medium may be, for example, water.
Bei der elektrochemischen Vorrichtung kann es sich um eine Batterie oder eine einzelne Zelle, insbesondere eine Li-Ionen Batterie bzw. -Zelle handeln. The electrochemical device can be a battery or a single cell, in particular a Li-ion battery or cell.
Dadurch, dass der Behälter eine Öffnung zum Druckausgleich aufweist, kann eine Explosion des Behälters im Brandfall vermieden werden. The fact that the container has an opening for pressure equalization, an explosion of the container can be avoided in case of fire.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Öffnung ein Filterelement, welches insbesondere Steinwolle enthält, aufweist. It is particularly advantageous if the opening has a filter element which in particular contains rock wool.
Die genannte Öffnung kann dabei mit einem externen Rauchabzug verbunden sein. Das genannte Filterelement hat einerseits die Wirkung, eventuell austretendes Rauchgas grob vorzureinigen, andererseits kann durch das Filterelement erreicht werden, dass ein gewisser Schutz gegen das Durchschlagen einer Flamme vom Inneren des Behälters in den Außenbereich gewährleistet wird. The said opening can be connected to an external flue. On the one hand, said filter element has the effect of roughly pre-cleaning possibly exiting flue gas; on the other hand, it can be achieved by the filter element that a certain protection against the penetration of a flame from the inside of the container into the outside area is ensured.
Dadurch, dass der Behälter einen Tank für das flüssige Medium mit einem Druckerzeugungsmittel aufweist, kann eine gewisse Mobilität des Behälters aufgrund der dann vorhandenen Unabhängigkeit von einem Löschwasseranschluss erreicht werden. Der genannte Tank kann dabei insbesondere eine Druckluftpatrone zur schnellen Druckerzeugung aufweisen. Auch eine mechanische Druckerzeugungseinheit, beispielsweise in Form einer mit einem Kolben verbundenen komprimierten Spiralfeder ist hier denkbar. The fact that the container has a tank for the liquid medium with a pressure generating means, a certain mobility of the container can be achieved due to the then existing independence of a fire water connection. The said tank can in particular have a compressed air cartridge for rapid pressure generation. A mechanical pressure generating unit, for example in the form of a compressed spiral spring connected to a piston, is also conceivable here.
Im Regelfall wird der Behälter eine Öffnungsklappe zum Einbringen und Entnehmen der elektrochemischen Vorrichtung enthalten. Dadurch, dass im Bereich der Öffnungsklappe eine aufquellbare Brandschnur angeordnet ist, welche bei Temperaturen von oberhalb 150°c aufquillt und somit die Abdichtung des Behälters verbessert, kann eine weitere Erhöhung der Brandsicherheit erreicht werden. As a rule, the container will contain an opening flap for introducing and removing the electrochemical device. Characterized in that in the region of the opening flap a swellable fire string is arranged, which swells at temperatures above 150 ° C and thus improves the sealing of the container, a further increase in fire safety can be achieved.
Der Behälter kann auch innerhalb von Kraftfahrzeug-Werkstätten zur Aufbewahrung von Fahrzeugbatterien während Wartung und Reparatur zur Anwendung kommen. The container may also be used within automotive repair shops for the storage of vehicle batteries during maintenance and repair.
Nachfolgend wird eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Hereinafter, an exemplary embodiment of the invention will be explained with reference to the drawing.
Es zeigt: It shows:
Im Falle einer Flutung des Behälters
Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit ist im Inneren des Innengehäuses
Die Sensoreinheit
Im gezeigten Beispiel befindet sich im Inneren des Innengehäuses
Der gezeigte Behälter
Die zur Isolierung verwendete Steinwolle hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Dichte von ca. 33 kg/cm3. The rock wool used for the insulation has a density of about 33 kg / cm 3 in the present embodiment.
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