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Die Erfindung betrifft einen Hochleistungs- oder Hochenergiespeicher mit Betriebsraum für elektrische Anlagen mit entgasungsfreien Batterien und ein Verfahren zur Handhabung einer in einem Betriebsraum angeordneten elektrochemischen Vorrichtung, für eine bevorzugt ortsfeste Batterie, wie vorzugsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. Dabei sollen aber auch die temporäre Anordnung eines Moduls einer Batterie oder eine Batterie einer Batteriebaugruppe möglich sein.
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Seit dem Ausbau von Stromnetzen auch dezentraler Natur ist die Speicherung von elektrischer Energie eine wichtige Herausforderung. Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien sind aus dem Stand der Technik als umweltfreundliche Energiespeicher mit besonders hoher Leistungsfähigkeit bekannt. Als sogenannte Großbatterien werden diese insbesondere in modernen Elektro- und Hybridfahrzeugen für die Energiespeicherung verwendet. Daneben sind auch stationäre Batteriesysteme bekannt, vorzugsweise zur Notstromversorgung von Gebäuden.
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Zur Aufrechterhaltung von Spannungs- und Frequenzstabilität in engen Grenzen im Netz sind vorzugsweise zum Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage schnell reagierende Speicher notwendig. Durch die bereits heute im deutschen Netz signifikante Einspeisung von Strom aus fluktuierenden, regenerativen Energiequellen steigt der Bedarf an schnell regelbaren Einheiten oder entsprechenden Speichersystemen. Während derzeit eine Speicherung noch durch optimale Verteilung durch Stromnetze vermieden werden kann, ist dies bei einer höheren installierten Leistung nicht mehr möglich. Daneben werden auch Speichertechnologien für autonome Stromversorgungssysteme benötigt, die im technischen Bereichen z. B. für Sensoren oder Mobilfunkstationen oder im Bereich der ländlichen Elektrifizierung für die Basiselektrifizierung mit Solar Home Systemen oder Dorfstromversorgungen eingesetzt werden. Von Interesse dürften auch aus diversen Quellen gespeiste Speicher sein, die in der Lage sind, sehr schnell sehr viel Energie z. Bsp. für ein elektrisch betriebenes Gerät, Objekt oder Fahrzeug und dergleichen zur Verfügung zu stellen.
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Ein massiver Ausbau erneuerbarer Energien, zu der es nach Expertenmeinung mittel-bis langfristig keine Alternative gibt, wenn einerseits der steigende Energiebedarf von Schwellen- und Entwicklungsländern Asiens, Afrikas und Südamerikas gedeckt und andererseits die CO2-Emissionen in für das Weltklima akzeptable Grenzen gehalten werden soll, zieht aufgrund des zeitlich fluktuierenden und nicht kontrollierbaren Angebotsprofils von Sonne und Wind einen steigenden Bedarf an effizienten Speicherkapazitäten für elektrische Energie nach sich.
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Neben diesem Einsatz von Speichern zur Netzstützung auf oberster- mittlerer Ebene, gibt es auch die Speicher, die eine Versorgungsqualität direkt beim Verbrauch sicherstellen. Diese Speicher sind in unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlagen eingebaut und müssen innerhalb von etwa 10 ms auf Abweichungen von den Sollwerten für Spannung und Frequenz im Netz reagieren können. Dadurch wird der Ausfall oder eine Beeinträchtigung der Verbraucher verhindert. Insbesondere die immer höhere Abhängigkeit von Computeranlagen in allen Bereichen des privaten und des öffentlichen Lebens macht deren Absicherung gegen Stromausfälle oder Schwankungen in der PowerQuality notwendig. Die Anforderungen an Speicher sind reichhaltig und oftmals stellt man fest, dass eine Optimierung von Speichertechnologien zugunsten bestimmter Eigenschaften zu einer Verschlechterung anderer Eigenschaften führt. So leidet typischerweise die Energiedichte unter einer Optimierung auf höchste Leistungsdichten. Auch steigt mit steigender Energiedichte das Gefährdungspotential der Speichertechnologien durch die Konzentration von immer mehr Energie pro Volumeneinheit. Zudem tritt das typische Problem nahezu aller technischen Anwendungen auf: Eine Optimierung bezüglich der verschiedenen technischen Eigenschaften führt zu einer unerwünschten Erhöhung der Kosten. Je nach Anwendung ist der Raumbedarf begrenzt und verlangt daher eine hohe volumetrische Energiedichte. Insbesondere bei mobilen Anwendungen ist das Gewicht des Speichers das zentrale Kriterium. Oder, Je nach Speichertechnologie muss zwischen der Zyklenlebensdauer und der kalendarischen Lebensdauer unterschieden werden. Insbesondere elektrochemische Speichersysteme haben in der Regel eine limitierte Zyklenlebensdauer und somit hängt die Nutzungsdauer stark vom Nutzungsprofil ab. Um hohe Leistungen relativ zur gespeicherten Energiemenge freisetzen zu können und um die Speicher in kurzer Zeit wieder aufladen zu können, ist eine hohe Strombelastbarkeit notwendig.
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Batterien, wie vorzugsweise Lithium-Ionen-Batterien zeigen insbesondere in denjenigen Fällen, in welchen einzelne Zellen der Batterie vorzugsweise 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 oder der Freisetzung von hochgiftigen Gasen 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 vorzugsweise Ersticken mit CO2 oder einem anderen geeigneten Gas nicht möglich ist, da durch den Brand selbst Sauerstoff freigesetzt wird.
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Die Ökonomie der Speichersysteme hängt in erheblicher Weise von den ökonomischen und technischen Randbedingungen in der Elektrizitätswirtschaft ab, die derzeit in der ganzen Welt einem anhaltenden Wandel ausgesetzt sind. Klar ist, aus technischer Sicht stehen Speichertechnologien für jede Leistungs- und Energieklasse zur Verfügung. Um eine verbesserte Wirtschaftlichkeit zu erreichen, ist aber bei fast allen Technologien noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf vorhanden, um umweltverträglichere, billigere und langlebigere Materialien und Systeme zu entwickeln und in den Markt zu bringen.
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Die
US 4,994,940 zeigt einen modularen Schrank mit einer Vielzahl von Batteriemodulen. Einzelne Schrankmodule können von einem Benutzer herausgezogen werden, so dass ein Zugang zu den Batteriemodulen möglich ist. Stromableiter der Batterien sind der Öffnung des Schrankmoduls zugewandt und mittels Kabeln oder Steckverbindungen kontaktiert.
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Die
US 2001/031392 A1 zeigt einen Befestigungsrahmen für Batteriemodule, der eine Mehrzahl von Öffnungen zum Einsetzen von Batteriemodulen aufweist. Eine federbeaufschlagte Stromableiteraufnahme kann einen zylindrischen Stromableiter einrastend kontaktieren.
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Die
WO 2003/065483 A2 zeigt einen Batterieaufnahmerahmen zur Aufnahme mehrerer übereinander gestapelter Batterien. Die Batterien sind mit einer Seitenplatte verbunden. Die Batterien haben an vertikalen Seitenflächen Rippen, die in Kerben an den Seitenplatten einführbar sind. Die Seitenplatten umfassen vertikale Kanten, an die elektrische Anschlusselemente angebracht sind. Die Anschlusselemente erstrecken sich jeweils von einem oberen Abschnitt einer der Batterien zu einem unteren Abschnitt der darüber angeordneten Batterie, so dass einzelne Batterien miteinander elektrisch verbunden werden können.
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Die
DE 44 11 842 A1 zeigt eine Batterieladestation, welche einen senkrechten Förderer mit gondelartigen Körben umfasst. In den Körben können Fahrzeugbatterien aufgenommen und geladen werden. Stromabnehmer der Körbe sind in verschiebbarem Kontakt mit Stromschienen und mittels Kabeln an den Batterien angeschlossen.
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Die
DE 10 2009 051 215 A1 zeigt eine Windkraftanlage mit einer Batterieanordnung insbesondere in oder an einem Gewässer. Diese kann unter Wasser liegen und zumindest teilweise in thermischen Kontakt mit Wasser sein.
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Anforderungen an Batterieräume werden in Verordnungen über den Bau von Betriebsräumen für elektrische Anlagen (EltBauV), Errichter-vorschriften der Hersteller und Merkblätter (ZVEI) definiert. Diese sind allerdings noch nicht auf die effizienteren Batterietechnologien wie Lithium-Ionen Batterien entwickelt worden.
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Im Stand der Technik sind in ortsfesten Anlagen Bleibatterien in Batterieräumen eingebaut, die regelmäßig und unter Vorsichtsmaßnahmen, etwa gegen elektrostatische Aufladung, gereinigt werden müssen, sonst drohen unter Umständen erhöhte Selbstentladung bis hin zu Knallgasexplosionen oder gefährliche Kurzschlussfolgen. Diese Akkus gasen, zumindest teilweise, aus. Li-Ionen Akkus, Li-Polymer, Li-Metall oder andere ionische Batterien zeichnen sich insbesondere durch eine hohe zyklische Lebensdauer, geringe Selbstentladung, sehr hohe Effizienz aus. Diese Akkus gasen im Normalbetrieb nicht aus, sind hermetisch dicht. Ohne Verlust an Lebensdauer können dies auch im teilgeladenem Betrieb, vergleichsweis etwa zu Bleibatterien, hervorragend betrieben werden. Als Materialien für die positive Elektrode (Kathode) der Li-Ionen Akkus werden heute vielfach lithierte Metalloxide (Metalle Cobalt, Nickel, Mangan, Aluminium) und deren Mischungen und lithiertes Eisenphopshat verwendet. Für die negative Elektrode (Anode) wird Lithium meist eingelagert in Wirtsmaterialien (Interkalation) oder Titanoxid, Zinn oder Silizium – verbindungen verwendet. Die Zellen sind mit Elektrolyt befüllt, der zum Teil flüssig vorliegt aber weitgehend in den Elektroden/Separatoren absorbiert ist. Es gibt Lithiumbatterien, deren Elektrolyt quasi trocken, gelartig oder fest fixiert ist. Der den Stromfluss ermöglichen Elektrolyte mit seinen Komponenten, kann ganz divers zusammengesetzt sein.
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Eine Folge etwa einer Überhitzung kann ein Batteriebrand sein, der besonders bei Lithiumbatterien in der aktuellen Diskussion steht, dabei gehen mehrere Konzepte speziell bei mobilen Anwendungen wie Elektrofahrzeugen davon aus, dass ein solcher Batteriebrand mit Wasser und Zusätzen als Löschmittel bekämpft werden soll, wobei zweifellos Wasser in ausreichendem Maße in der Lage ist, die Gesamtreaktionsenergie einer solchen Batterie zu neutralisieren.
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Andererseits werden dazu bei größeren Batterien oder Batteriebaugruppen relativ große Mengen von Wasser oder Löschmittel benötigt, welches ggf. zugeführt werden muss. Dabei soll das Löschmittel nicht ins Grundwasser gelangen, die ist aufgrund der beschriebenen Problematik schwierig zu realisieren. Zwar sind Batterien insbesondere hermetisch abgeschlossen (Lithium-Ionen Batterien, Li-Polymer, Li-Metall), aber im Falle einer Schädigung oder Öffnung der Sicherheitseinrichtungen oder des Berstens der Einhausung, kann es zu gefährlichen, plötzlichen Reaktionen kommen. Das vorzugsweise in den Kohlenstoff eingelagerte Lithium kann mit Wasser unter Flammbildung reagieren. Da bei der Reaktion des Lithiums mit dem Elektrolyten als auch mit dem Löschmittel kann Wasserstoff oder HF freigesetzt werden. Auch andere giftige Reaktionsprodukte entstehen regelmäßig in signifikantem Gehalt. Entstehender Wasserstoff kann mit der Umgebungsluft zündfähige Gemische bilden und schlagartig abrennen. Das HF kann die Batterieperipherieanlagen, wie Kabel, Teile, Isolierung, Elektronik, Sensorik und Sicherheits – oder Schalteinrichtungen nebst Dämmungen und Isolation und dergleichen derart beeinträchtigen, dass es zu Kettenreaktionen kommt, mithin die gesamte Batteriebaugruppe irreversibel insbesondere auch im schleichenden Prozeß geschädigt wird oder im Batteriebrand, auch temporär versetzter Natur, zerstört wird.
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Wasserstoff/Luft-Mischungen sind in einem weiten Mischungsverhältnis zündfähig (4 bis 75 Vol.% Wasserstoff in Luft oder Gasgemisch). Diese benötigen eine sehr geringe Zündenergie, so dass auch schon bereits geringe elektrostatische Entladungen als Zündquelle ausreichen. Im Mischungsbereichen von 18 bis 59 Vol% sind Wasserstoff/Luft Mischungen sehr reaktionsfreudig. Sie haben eine sehr schnelle Flammenausbreitungsgeschwindigkeit.
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Alle Energiespeicher haben potenzielle oder latente Risiken. Elektrochemische Systeme können also bei unsachgemäßer Behandlung wie schlechter Reinigung bei Bleibatterie basierten Energiespeichern explodieren und entsprechenden Schaden anrichten. Dabei ist jeweils der Schaden durch mechanische oder thermische Einwirkung des Speichers zu unterscheiden von Schäden die durch ggf. umweltunverträgliche Materialien freigesetzt werden können.
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Ein Abdecken mit Sand oder Brandpulvern deckt einen Brandherd ab, kann weitere Reaktionen partiell eindämmen, aber wie im Falle einer Abdeckung mit Glas-(wie Pyro-Bubbles) oder keramischen Perlen kann es eben auch zu Druckaufbau unter einem Weiterfressen des Brandherdes kommen, der bei Aufbruch oder Durchbruch durch die Abdeckung zu einer gefährlichen, schlagartigen auch heftigen Reaktion führen kann.
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Gefahren durch elektrische Spannung, die bei einem Berühren zum Tod einer Person führen können, sind durch entsprechende Sicherheitsmassnahmen wie Berühr- und Isolationsschutz mit optionaler Überwachung solange gut gelöst, wie die Batterie nicht defekt geworden ist, brannte oder einem Einschlag oder Unfall mit mechanischen Verformungen und dergleichen ausgesetzt war.
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Die Erfindung stellt sich damit die Aufgabe, Hochleistungs- oder Hochenergiespeicher mit Betriebsraum für elektrische Anlagen mit explosionssichereren und verbesserten brandsicheren Batterien, auch bei inneren Kurzschlüssen als Ursache und ein Verfahren zur sichereren Handhabung und dem Betrieb in einem Betriebsraum anzugeben, welche langlebig, sicherer und effizientere Lösungen darstellen. Gefahrenpotenziale durch elektrischen Strom/Spannung, austretender Inhaltstoffe und oder durch Feuer und Explosion sollen aufgabengemäß so gelöst werden, dass ein geringeres Risiko für Anwender und Umwelt besteht.
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Es kann aber auch als eine Aufgabe angesehen werden, einen Betriebsraum zum vorteilhaften und sicheren Betrieb von gasdichten Batterien anzugeben, welcher inklusive der Energiespeicher symbiotische Vorteile aufweist.
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Zusätzlich war anzugeben, wie die Servicefreundlichkeit erhöht wird, Reinigungsabstände relativiert werden sowie einen Energiespeicher mit Betriebsraum zu schaffen, welcher den Umgang mit beschädigten Batterien bzw. Batteriezellen, die sich gegebenenfalls in einem undefinierten Zustand befinden können, vereinfacht und man kein Gas aus der Batterie im regulären Betriebszustand abführen muss.
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Schließlich kann es als eine weitere Aufgabe angesehen werden, für einen Brandfall einer solchen Batterie die Folgen zu minimieren, diesen zu verhindern oder effizient einzudämmen und insbesondere eine Umweltbelastung durch Brandgase und Partikel in die Umgebung zu vermindern.
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Schließlich sollte aufgabengemäß verhindert werden, dass eine gefährliche Hitze (Definition siehe Transportbestimmungen) zu Schädigungen jedweder Art, inklusiver Hitzeübertragung auf ein anderes Element des Batterieraumes, führen kann.
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Die Aufgabe wird durch einen Hochleistungs- oder Hochenergiespeicher mit Betriebsraum für elektrische Anlagen mit entgasungsfreien Batterien nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Handhabung von in einem Betriebsraum angeordneten Energiespeichern nach Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Energiespeicher, im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie Lithium-Ionen oder Ni-MH Batterien, dienen der Speicherung von Energie zur späteren Nutzung. Vorteilhaft erfindungsgemäß sind nach Energie und Leistung optimierte Systeme. Ist die Speicherung einer Energieform wegen technischer Probleme, ungenügender Kapazität oder Stillstandsverlusten ungünstig oder nicht möglich, wird sie in eine andere, für die Speicherung geeignetere, Energieform umgewandelt und gespeichert. Im Bedarfsfalle wird die Energie dann zurückgewandelt. Ein Beispiel ist die Wandlung chemischer Energie (Brennstoff) in thermische Energie (Wärme). Sowohl bei der Speicherung als auch bei der Energieumwandlung treten immer Verluste auf. Lithium-Ionen Batterien sind entgasungsdicht und scheiden im normalen Betriebsfall insbesondere kein gefährliches Knallgas aus. Man bezeichnet diese gemeinhin auch als elektrochemische Vorrichtungen, meist sind diese mit einer Management- und Schutzelektronik ausgestattet, wobei eine vorteilhafte Konfiguration eine serielles String-BMS(=Batteriemanagementsystem) mit einer übergeordneten Batteriebaugruppenmanagementsystemeinrichtung (BMMS) kombiniert oder autark betrieben wird. Vorteilhaft ist, wenn dieses BMMS die Batteriebaugruppe immer, auch im sleep Modus oder während einer Wartung bzw. einer Entnahme einer Batteriebaugruppe im Batterieraum monitort, so dass keine Kurzschlüsse, gefährliche Hitzeentwicklungen und dergleichen im Havariefalle auftreten können. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere solche Vorfälle auch als Ereignisfall bezeichnet.
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Von Vorteil ist, wenn diese BMS und oder BMS/BMMS die Funktion einer Laderegelung integriert haben, weil dann eine gesonderte Ladeschaltung entbehrlich ist.
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Vorteilhaft ist wenn das BMS oder das BMMS gekoppelt mit den Lichtbogenschutzelementen und der Detektionseinrichtung ist. Von besonderem erfinderischen Vorteil ist es wenn das BMS oder das BMMS über eine Regelung, die vorteilhaft redundant aufgebaut ist, eine Überdruckeinrichtung oder ein Ventil bzw. eine Sollbruchstelle aktiviert, die einerseits in Hybridfunktion oder andererseits in einfacher Funktion jeweils Druck entweichen lässt oder ein Löschmittel freisetzt, wie dies hier im Folgenden noch beschrieben wird.
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Vorteilhaft ist wenn das BMS oder BMMS mit einer Zugangskontrolle zum Batterieraum und der Batterieentnahmevorrichtung gekoppelt ist, die diese auch blockieren, vorzugsweise den Zugang auch aus Sicherheitsgründen nach einem detektierten Ereignis oder Ereignisfall verhindern können, wie dies im Folgenden für die Lichtbogenüberwachung beispielhaft beschrieben ist. Es ist aber ebenso mittels anderer, etwa mechanischer oder elektromechanischer Mittel eine geeignete Zugangskontrolle erfinderisch darstellbar.
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Vorteilhaft ist, wenn diese Zugangskontrolle derart ausgestaltet ist, dass ein Zugang zum Energiespeicher entweder einerseits vorteilhaft blockiert wird oder andererseits die Batteriehebevorrichtung oder der Batteriehebel blockiert werden. Dies kann insbesondere durch elektromechanische Vorrichtungen erfolgen, etwa ein Schloss welches elektronisch ansteuerbar ist.
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Für die vorliegende Erfindung ist ein solcher elektrochemischer Energiespeicher als Bestandteil der elektrochemischen Vorrichtung mit mindestens einer elektrochemischen Zelle zu verstehen, also eine Einrichtung, die Energie in chemischer Form speichern, in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben und vorzugsweise auch in elektrischer Form aus einer Ladeeinrichtung aufnehmen kann. Wichtige Beispiele solcher elektrochemischen Energiespeicher sind galvanische Zellen oder Brennstoffzellen. Die elektrochemische Zelle weist wenigstens eine erste und meist eine zweite Einrichtung zur Speicherung elektrisch unterschiedlicher Ladungen, die als eine Elektrodenanordnung (Wickel, Faltung, Stapel, Dünnband, Blöcke, Elektroden und dergleichen) ausgestaltet sind, sowie ein Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung beider genannten Einrichtungen auf, wobei Ladungsträger zwischen diesen beiden Einrichtungen verschoben werden können. Unter dem Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung ist z. B. ein Elektrolyt zu verstehen, welcher als Ionenleiter wirkt. Der Energiespeicher ist vorzüglich modular aufgebaut, es sind mindestens eine Einheit aus mindestens einer Zelle zur Batteriebaugruppe verbaut, die also aus Modulen, Zellen und Batterien besteht. Diese Form der Energiespeicher wird neben Batteriebaugruppe auch Batterieanordnung genannt und kann dabei bauliche Mittel, insbesondere Gehäuse oder auch Gehäuseteile umfassen. Beispiele für letzeres sind Rahmen. Dabei soll der Energiespeicher in dem Maß positionsstabil gehalten werden, wie es für den Betrieb der Anforderung optimal ist, wozu vorzugsweise relative Ausdehnungsräume um prismatische Zellen mit Verbundfolienverpackung des Typs „Pouch” von vorzugsweise 2–3 mm gelassen werden, um eine Atmungsausdehnung der Zellen im Betrieb zu ermöglichen.
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Vorteilhaft ist es, einen solchen Abstand von 1–3 mm auch als optionalen Ausdehnungsraum für die Zelle in einem Bereich, in ein oder mehrere Richtungen anzuordnen. Zellen können sich konvex oder konkav ausformen im Betrieb oder im Kopfbereich anschwellen (primatisch hardcase). Dadurch verlieren die Zellen regelmäßig nicht Ihre vorzüglichen Eigenschaften im Langzeitbetrieb. Ein zu starre Fixierung würde jedoch eine Einschränkung in der Betriebswese und Lebensdauer bedeuten können.
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Vorteilhaft ist, diese Ausdehnungsräume durch eine Isolationsmatte, Folie, Pad und dergleichen zu ermöglichen, die einer Zellatmung reversibel folgt oder sich entsprechend einer möglichen Ausdehnung anpasst.
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Die Batterieanordnung kann dabei Mittel zum Kontaktieren aufweisen. Das Gehäuse kann die Zellen gegenüber der Umgebung abdichten.
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Vorteilhaft sind als Energiespeicher Lithiumbatterien die hohe Energiegehalte, wie bei einem LiFP (Lithiumeisenphosphate) system von > 130 Wh/kg mit einer Belastbarkeit in C (c-rate) von 3–10 C im normalen Betrieb heute kontinuierlich und gasdicht erlauben. Gerade in diesen Betriebsbedingungen zeigen sich die erfindungsgemäßen Vorteile der Kühlung durch Erdwärme, Wasser oder einem Kreislauf besonders. Dadurch, dass kein Knallgas entsteht ist der Energiespeicher sicherer, langlebiger und wartungsärmer. Die Abdichtung lässt keine Ablagerungen zu, die zu Kurzschlüssen und Funkenbildungen führen können.
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Die C-Rate ist der Lade- oder Entladestrom im Ampere, der als Vielfaches der Nennkapazität angegeben wird, z. Bsp. ein Entladestrom von C/10 bei einer Batterie mit 1,5 Ah ergibt 1,5 Ah/10 h = 150 mA.
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Vorteilhaft sind aber erfindungsgemäß auch solche Energiespeicher, die mit einem Haupt- oder Nebenbetriebsmedium versorgt werden, also auch solche mit externen Speichern oder Luft Systeme, wie Lithium- oder Zink- Luftbatterien oder sogenannte Hochvoltspeichersysteme, wie etwa Lithium-Ionen Batterien, die insbesondere im Bereich von 5 V betrieben werden können. Künftig sind erfindungsgemäß auch Schwefel oder auch Magnesiumbatterien vorteilhaft, mithin die Erfindung auch mit neuartigen Energiespeichsystemen vorteilhaft ausgeführt werden kann.
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Vorteilhaft ist es die Luftführung für eine Luftbatterie zum „beatmen” der Luftbatterie als Energiespeicher über die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einrichtungen wie Membrane (15), Anschluss (9), Betriebsraumeinhausung (2), Deckel (5) oder auch den Zugang (9), über Dämmung und Staubschutz (14) als Filter bzw. auch entlang der oder im Austausch mit der Erdwärme oder der Wärmeleitverstärkungseinrichtung (17) zu konditionieren, wobei Konditionierung jede Art der Behandlung im physikalischen wie chemisch oder auch biologischen Sinne meint (Option der Entkeimung). Ggf. wird ein Medium gezielt zur Steuerung mit Druck beaufschlagt oder in anteilig variiert um eine vorzügliche Betriebseigenschaft zu gewährleisten, oder auch mehrere davon.
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Von erfindungsgemäßem besonderem Vorteil sind Energiespeicher-Zellen oder Module bzw. Batterien prismatischen Typs. Daraus solche, die in einem Z-Falten oder Falten/Wickel Prozess hergestellt worden sind, deren Elektroden-Separatoranordnung in einer elektrochemischen Einheit also zumindest eine solche Anordnung vorsieht, sind von erfinderischem besonderen Vorteil. Dabei sind Elektroden in/auf den Separator gelegt, der gefaltet wird, und oder oder, Stapel oder Wickel werden zusätzlich eingewickelt oder eingesponnen. Der besondere Vorteil besteht hier darin, dass diese Energiespeicher vorzügliche Sicherheitseigenschaften im Betrieb (Feldfehler, Kurzschlüsse) und bei eventuellem Missbrauch (Überladung, Übertemperatur, Kurzschlüsse, Impakt, mechanische Einwirkungen) zeigen, es entsteht kein Feuer und keine Explosion.
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Energiespeicher können im Sinne der vorliegenden Erfindung modular oder aus mehreren Baugruppen zu einem Energiespeichersystem aufgebaut werden. Vorteilhaft ist ein Aufbau aus diskreten Batteriebaugruppen, Modulen oder Batterien im Falle eines Energiespeichers, der aus Lithium-Ionen Batterien besteht. Ein Energiespeicher umfasst mindestens eine elektrochemische Zelle.
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Bevorzugt sind für die Energiespeicher als ortsfesten Batterie Systeme aus der Familie der ionischen Batterien, insbesondere die Lithium-Ionen-Batterien und Li-Metallbatterien. Auch die temporäre Anordnung eines Moduls einer Batterie oder eine Batterie einer Batteriebaugruppe ist erfindungsgemäß von Vorteil. Ein Modul im Sinne der Erfindung umfasst mindestens eine Zelle, die eine Umhüllung aufweist, die diese weitgehend gas- und flüssigkeitsdicht abgrenzt. Eine Batterie kann im Sinne der Erfindung aus Zellen oder Modulen bestehen, eine Batteriebaugruppe aus Zellen, Modulen und/oder Batterien.
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Die Batterieanordnung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass diese zumindest zeitweise wesentliche Anteile der von einem Energieerzeuger wie einer Solarstromeinheit oder einer Turbine, einem Generator oder Kombinationen daraus, erzeugten oder im Netz verfügbaren elektrischen Energie aufnehmen kann. Damit ist gemeint, dass die Batterieanordnung mindestens 25%, insbesondere mindestens 50%, insbesondere 75%, insbesondere 90%, insbesondere 100% der maximal erzeugbaren elektrischen Leistung aufnehmen und reversibel umwandeln kann. Übertragen auf einen Bedarfsträger wie ein Wohnhaus, kann dies analog für den Bedarf des Wohnhauses übertragen werden. Es soll vorzugsweise eine Reservefunktion und Kapazität zur Verfügung gestellt werden, die auch bei Netzstörung oder Engpass in der Energieerzeugung zur Verfügung steht, etwa auch um Notfallversorgungen abzusichern, wenn ggf. ein Zutritt in das Objekt oder Zur Anlage/Wohnhaus temporär nicht möglich ist.
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Energiespeicher oder elektrochemische Vorrichtungen können nach einer vorteilhaften Ausgestaltung als Hybridsystem vorzugsweise mit Kondensatoren aufgebaut sein, auch unterschiedliche Formen und Typen von Energiespeichern und elektrochemischen Vorrichtungen sind erfindungsgemäß vorteilhaft.
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Nach einem bevorzugten Beispiel sind im Betriebsraum Hochleistungs- und/oder auch Hochenergiekondensatoren angeordnet oder vorzugsweise auch ionische Batterien, die den Kapazitäteneffekt ausnutzen. Das wäre insoweit von Vorteil, da diese eine kurzzeitige sehr hohe Belastung abfedern könnten, etwa bei einem Kurzschluss im Netz oder einem massiven Ausfall für Sekundbruchteile oder einige Sekunden.
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Von besonderem Vorteil ist es, diese Module oder Batterien/Zellen durch ein Isolationsmaterial mit einer Ingenieurkeramik wie im Folgenden beschrieben oder einem Material wie Microtherm Platten oder Formkörper wie Zylinder daraus zur Umwicklung, seitlichen Beanstandung und als Box ohne festen Deckel oder einfach als Abschottung zum nächsten Modul zu verwenden. Dabei ist es von erfinderischem Vorteil, dass ein Material oberflächlich oder in der ersten Lage bei Auftreten von Übertemperatur verbackt, denn die unteren Lagen oder das weitere Material hält seine dämmende und schützende Funktion aufrecht, um den sogenannten Kaskadeneffekt, also das Durchbrennen eines Elements oder Moduls in Folge der Hitzeübertragung von außen, auszuschließen.
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Das ist besonders vorteilhaft, weil somit lediglich unter Umständen ein lokal gut beherrschbares Überhitzungs- oder Brandevent aus einer Ursache wie einem internen Kurzschluss auftritt, welches dann lokal gut beherrschbar in dem erfinderischen Batterieraum ist.
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Kurzschlüsse mit Lichtbogen können aus unterschiedlichen Gründen entstehen, zum Beispiel durch
- • menschliches Versagen, etwa indem Werkzeug oder Ausrüstungsgegenstände liegengelassen werden oder indem etwa ein Amperemeter statt eines Voltmeters verwendet wird;
- • schlechte Anschlussverbindungen (die u. a. dadurch entstehen können, dass Schrauben „zu fest” angezogen werden);
- • außergewöhnliche Erwärmung und Hitze, durch Miniaturisierung der Anlagentechnik, Oberwellenströme/Wirbelströme etc., lose Kontaktstellen, ausgeglühte Kontaktapparate und Kontakte von Schaltgeräten, oxydierte, versilberte Kontaktoberflächen von NH-Betriebsmitteln (Schaltgeräte etc.); bei einem Einsatz in „stärkehaltiger” Umgebung beeinflusst die Bildung von Silber-Sulfid durch Schwefelwasserstoff den Kontaktübergangswiderstand äußerst negativ;
- • Vibrationen, aggressive Atmosphäre (z. B. Silber-Sulfid ist isolierend!);
- • das Eindringen von Kleintieren (Mäuse, Ratten etc.) über die Kabelzuführung und dort selbst nicht abgedichtete Schaltschränke/Gehäuse;
- • Isolationsfehler an Schaltgeräten und Leitungen durch außergewöhnliche Erwärmung;
- • Feuchtigkeit/Verschmutzung (leitender Staub);
sonstige Fremdkörper/herabfallende Metall- und Kleinteile.
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Erfindungsgemäß wird der Einsatz von Hochstrom-Leistungsschaltern zum Netz- und Kurzschlussschutz mit äußerst geringer Gesamtabschaltzeit (≤ 30 ms) bei Nennströmen ≥ 630 A vorgesehen; ferner:
- • Überwachung der Hauptkontakte an Leistungsschaltern (Kontaktabbrand, -abnutzung);
- • Einsatz strombegrenzender Sicherungen zum Überstrom- und Kurzschlussschutz bei Nennströmen ≤ 630 A;
- • Zum selektiven Netzaufbau: Einsatz von Sicherungen bis ≤ 630 A oder Hochstrom-Leistungsschaltern bei ≥ 630 A mit zonen-selektiver, „zeitverkürzter” Selektivitäts-Steuerung, welche im Gegensatz zur zeit-selektiven Steuerung innerhalb weniger Millisekunden abschalten. Durch die äußerst schnelle Abschaltung der beiden unterschiedlichen Schutzorgane unmittelbar nahe dem Kurzschlusspunkt wird die Durchlassenergie und damit die Möglichkeit der Zündung eines Störlichtbogens deutlich reduziert.
- • Einsatz von Isolierstoff-Bauteilen wie Abdeckungen/Schottungen etc. aus schwer-entflammbarem, selbstverlöschendem Material nach DIN 4202 Teil 1, Baustoffe der Klasse B1 bzw. Materialien entsprechend VDE 0304 Teil 3, Stufe BH 2-30;
- • Einsatz von Schaltgeräten, die elektrisch und/oder mechanisch gegen Fehlbedienung verriegelt sind;
- • Eine Typprüfung mit abschließender Stückprüfung eines jeden einzelnen Feldes gewährleistet einen hohen Qualitätsstandard.
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Die Störlichtbogen-Sicherheit, hier das Verhalten bei innerer Lichtbogen-Zündung, insbesondere der Personenschutz kann durch eine weitere, zu vereinbarende Prüfung nach VDE 0660 Teil 500, Beiblatt 2 bzw. EN 60439-1, Beiblatt 2 nachgewiesen werden. Die Auswirkungen eines Störlichtbogens lassen sich zusätzlich vermindern, indem die Größe und Dauer eines Kurzschlussstromes durch geeignete Mittel begrenzt wird. Dies wird empfohlen.
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Erfindungsgemäß von besonderem Vorteil sind die Anordnung einer oder mehrerer, vorzüglich keramischer, Lichtbogenschutzelemente. Diese sollen an oder in unmittelbarer Umgebung des Energiespeichers schnellreaktionsfähig sein, also vorzüglich im Bereich von 20–120 ms auslösen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kommen hier alle technischen Lösungen, mit und ohne Lichtbogenwächter in Frage. Erfindungsgemäß sind Leistungsschalter, die unter 35 ms schalten und den Energiespeicher kumuliert komplett abschalten. Im Sinne der Erfindung wird das Überwachungssystem das lichtbogentypische Lichtspektrum detektieren und erfasst das Stromsignal. Steht eines davon an, wird sicherheitshalber über die Auslöseelektronik die Abschaltung des Leistungsschalters aktiviert. Beispiele für solche Lichtbogenwächter sind TVOC Typen von ABB.
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Erfindungsgemäß von besonderem Vorteil ist es, die Detektoren der Lichtbogenüberwachungsanlage im Insekten oder Fischaugenprinzip, vorteilhaft 3–9 Stück, an der Lichtbogenwächtereinheit anzuschließen. Neben einer höheren Funktionssicherheit kann somit gut alles überwacht werden.
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Vorteilhaft ist, diese Detektoren unterhalb des Staubschützes entsprechend so zum Energiespeicher anzuordnen, dass alle Kontakte, Kabel, Verbinder und dergleichen im Energiespeicher wirksam erfasst werden können. Die Anordnung unter dem Staubschutz ist vorteilhaft, da Kontaktstellen durch etwa Silber-Sulfid Bildung (ländliche Umgebung) im Hinblick auf Korrosion wie Kontaktübergangswiderstände negativ beeinflusst werden.
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Die in Lithiumbatterien eingesetzten Materialien können, dies ist der Ausnahmenfall vorzugsweise eines Defektes, austreten, in flüssiger Form der Elektrolyt. Die Lösungsmittel des Elektrolyten sind brennbar, reizend, umweltgefährdend, auch ggf. in Ihren Zersetzungprodukten. Ff. Tabelle gibt einen Überblick zu solchen Materialien aus Lithium-Ionen Batterien:
| Substanz | Abkürzungen | Siedepunkt [°C] | Flammpunkt [°C] | Zündtemperatur [°C] | Explosionsgrenze [%] | Heizwert Wh/kg (berechnet) |
| Dimethylcarbonat | DMC | 90 | 16 | 465 | 10–25 | ca. 3700 |
| Ethylencarbonat | EC | 250 | 150 | 465 | 3–16 | ca. 3100 |
| propylencarbonat | PCE | 240 | 135 | 510 | > 2 | ca. 4100 |
| Polyelthylen | PE | - | - | - | - | ca. 12200 |
| Graphit | C | - | - | ca. 600 | - | 9100 |
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Wie beschrieben, können in Verbindung mit Wasser und offenen Lithiumbatterien Knallgas oder Flammen entstehen, es wird HF freigesetzt oder gebildet. Auch schleichend wird HF eine Isolation und Dämmung so schädigen können, dass diese im Einsatzfall versagt.
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Vorteilhaft ist daher die Auskleidung oder Isolation der vorzüglich flüssigkeitsdichten Batterieaufnahme (12) durch geeignete Ingenieurkeramiken.
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Gemäß einer besonderen Ausführung sind diese Keramiken mehrlagig aufgebracht und können optional mit Sonderdichtwerkstoffen + Fasern angeordnet oder embedded sein. Wegen der beschriebenen Problematik des Auftretens von HF oder der schnellen Temperaturwechselbelastung ist erfindungsgemäß eine Karbid-Keramik oder ein Derivat daraus vorteilhaft.
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Im Sinne der Erfindung wird im Besonderen unter einem Ereignisfall auch eine insbesondere durch einen inneren Kurzschluss eines Energiespeichers ausgehende starken Erhitzung ggf. mit Entgasung oder Feuer oder thermal runaway verstanden, die sich als sogenannter Kaskaden- oder fire-propagation Effekt auf andere Energiespeicher oder deren Elemente übertragen kann.
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Diese Karbid Keramiken sind vorzüglich zur Auskleidung verwendet oder bilden seitlich Formkörper, die eine Batterie oder ein – Modul zumindest teilweise umschließen. Ingenieurkeramiken der beschrieben Art halten mehr als 1200^C aus bei schnellen Temperaturwechseln, gegen solche Schocks verbinden diese die Eigenschaft der HF-Resistenz, so dass solche Keramiken wie Karbide, speziell rekristallisiertes Siliziumkarbid nach einer besonderen erfinderischen Ausführungsform vorzüglich geeignet sind. Die geometrische Form eines Hohlzylinders um ein Batteriemodul kann gemäß einer besonderen Abwandlung einer erfinderischen Detaillösung dafür sorgen, dass die entstehende Hitze und die Gase besser abgeleitet werden und sich kein Stau über der Batterieaufnahme im Batterieraum bildet. Vorteilhaft bauen diese Anordnungen auch ggf. einen Druckanstieg gut ab.
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Nach einer weiteren Abwandlung kann die Keramik auch aus NSI oder SSn oder ATI (Aluminiumtitanat) sowie RSCI oder Derivaten und Kombinationen davon auch mit einem der hier erfinderisch beschrieben Materialien sein.
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Vorteilhaft sind Keramiken, ggf. mit Sonderdichtstoffen und Fasern mehrlagig ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführung werden Glasfasern eingesetzt.
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Gemäß einer Abwandlung besteht der dichte Batterieboden aus abgedichtetem GFK aus einem Recyclingprozess, welcher mit solchen Keramiken mehrlagig ausgelegt oder beschichtet, beklebt verspannt und dergleichen ist.
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Erfinderisch vorteilhaft und überraschend wurde gefunden, dass diese Keramiken, Schaumbildner oder auch Mikrotherm in den beschriebenen beispielhaften Anordnungen oder auch Kombinationen einen Kaskadeneffekt wirksam verhindern konnten. Somit ist ein wesentlicher Beitrag zur Eindämmung eines Ereignisses für Energiespeicher vorteilhaft erbracht worden. Andere Energiespeicher wurden nicht mehr angesteckt.
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Eine erfindungsgemäß vorteilhafte Flüssigkeitsabdichtung kann durch Verbundfolien, Modulen, Matten oder Formkörpern und dergleichen, der Auskleidung der Batterieaufnahme, Edelstahl oder auch Asphaltzement, wasserdichter Schutzbeton und dergleichen erreicht werden.
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Vorteilhaft ist, wenn die Kabelbahnen mit einem Material wie Pyro Bubbles abgedeckt sind. Gemäß einer besonderen Ausführung erfolgt der Einsatz von Isolierstoff-Bauteilen wie Abdeckungen/Schottungen aus schwerentflammbaren, selbstverlöschendem Material nach DIN 4202 Teil 1, Baustoffen der Klasse B1 bzw. entsprechend VDE 0304 Teil 3, Stufe BH 2-30.
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Von besonderem Vorteil gemäß einer Ausführung ist es eine automatische Verteilanlage anzuordnen, die mit der beschrieben Detektionseinrichtung gekoppelt ist und in der Lage ist, bedarfsgerecht und schnell, robotisch, ein Brandschutzmittel oder ein Kühlmittel an den Ereignisort eines Lichtbogens, Überhitzung oder Abgasung/Öffnung bzw. eines Brandes einer Batterie oder eines Moduls zu leiten. Dies kann als Strahl, Nebel oder Staub oder Materialstrahl erfolgen. Solche Einrichtungen kennt man aus Hochhäusern in Dubai insbesondere.
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Vorteilhaft ist, wenn ein Aufsaugmaterial, schwerentflammbar und nicht leitfähig angeordnet ist, welches die 1,5 fache Menge der möglichen freiwerdenden Stoffe aufnehmen kann. Vorgeschlagen wird ferner erfindungsgemäß vorteilhaft, das die 2 fache Menge aufnehmbar ist.
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Als Umlage und Abdichtungsmaterial (4) über und um die Energiespeicher ist erfindungsgemäß vorteilhaft eine zweifach, unabhängig in lagen von Dämmmaterialplatten aus Steinwolle angebrachte Dämmung. Die Dicke sollte nach einer vorteilhaften Ausführung mindestens 160 mm betragen und die Steinwolle muss einen Schmelzpunkt von mehr als 1000°C aufweisen.
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Vorteilhaft ist dadurch erreicht, dass etwaige Stäube, Rauch, Hitze in der Steinwolle gefiltert oder neutralisiert werden, auch wenn die erste Isolation im Batterieaufnahmeraum oder dem Batterieraum durch zu große Hitze aufbacken sollte, dies in der oberen Schicht und dadurch Partikel freisetzt, die sich mit dem Brandgas und deren Partikeln vermischen.
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Überraschend wurde gefunden, dass die Partikel, die durch eine übermäßige thermische Beanspruchung von hier beschriebenen Ingenieurkeramiken in dem beschriebenen Fall freigesetzt werden oder anderen Oberflächen, eine eindämmende und rauchunterdrückende Wirkung auf den Batteriebrand ausüben. Dies ist vorteilhaft.
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Obschon die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungen und das Beispiel in Ihren wesentlichen Merkmalen beschrieben worden ist, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in dem durch die Patentansprüche vorgegebenen Umfang und Bereich abgewandelt und erweitert werden kann.
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In einer Abwandlung wird eine Umhüllung der Batterie mit einer teilflexiblen Microtherm Isolierung angeordnet, die direkt die Module nach allen Seiten abdeckt, die Kanten umschließt und so verschlossen ist, dass diese auch bei Auftreten eines lokalen Überdruckes aus dem Energiespeicher stand hält. Vorzüglich sind dazu Klettverschlüsse, Nähte, Verklebungen und dergleichen.
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Gemäß einer weiteren Abwandlung sind die Außenwände mit der beschriebenen Ingenieurkeramik ausgekleidet und mit Microtherm zusätzlich gepolstert.
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In einer weiteren Abwandlung bestehen die Batterieaufnahmen aus Microtherm oder sind damit umhüllt, wobei nur jede zweite Batterie oder jedes dritte Modul mit einer Keramikeinheit zusätzlich geschützt ist. Diese Keramikeinheit kann ein beschichtes, beklebtes oder beplanktes Teil sein und dergleichen.
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Vorteilhaft sind Überdruckentlastungen auch im Betriebsraum oder am oder um den Energiespeicher vorgesehen, die vorzugsweise als Sollbruchstellen, Membranen oder Bersteinrichtungen (Berstscheiben) oder Ventilen und dergleichen bestehen können. Vorteilhaft ist es zumindest eine solche Einrichtung anzuordnen.
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Eine weitere Abwandlung hat eine besondere, auslösende und abdeckende Isolationsschicht, vorzüglich aus glas- und glasartigen oder keramischen oder – artigen Partikeln wie Perlen, Tubes, Granulaten die neben oder über dem Energiespeicher angeordnet sind. Auch Glasschaum- oder Keramikschaumbildner sind vorteilhaft. Kommt es nun zu einem Brand können diese aus dem vorzugsweise übergeordneten Isolationsteil herausrieseln und über und zwischen den betroffen Teil des Energiespeichers rieseln und Ihre dämmende und schützende Funktion ausüben. Dabei wirkt eine Zuführeinrichtung optional, etwa eine automatische Erkennungs- und Fördereinrichtung die über eine elektronische Steuer und Messeinrichtung das Material an den Ereignisort befördert und verteilt. Das hat den Vorteil das eine solche Einrichtung gezielt auf mehrere Batterieaufnahmen konzentriert werden kann. Dies ist effizienter bei gleich hoher Reaktionsgeschwindigkeit.
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Von besonderem Vorteil ist aber auch ein System, welches die Erdanziehungskraft nutzt. Dabei ist das rieselfähige Material vorzüglich über dem Energiespeicher angeordnet und wird durch das Auftreten von Hitze, etwa durch Wegschmelzen einer Membran oder Eröffnung einer Sollbruchstelle aus einem Kunststoff freigesetzt. Rieselt somit auf den Ereignisort, lokal.
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Vorteilhaft ist hier, dass dies etwas temporär verzögert erfolgt und quasi auch temporär verzögert auf den betroffenen Ereignisort oder den Batteriespeicher einrieselt und schließlich zumindest teilweise bedeckt, weil dadurch sich einerseits der Druck aus dem Ereignis besser abbaut und es somit nicht zu einem plötzlichen freisetzten kommt, auch nicht durch ein verzögertes Weiterbrennen und Druckaufbau, weil das Material sukzessive die Reaktion insbesondere durch massive Aufnahme gefährliches Hitze eindämmt.
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Gemäß einer besonderen Abwandlung rieselt das Material dann zwischen die Batterieaufnahmen und Energiespeicher zunächst und stützt oder stärkt an der Stelle die bereits angeordnete Isolierung. Dies hat den Vorteil, dass man die an, um zwischen usw. den Batterieaufnahmen angeordnete beschrieben Isolierung dünner ausgestalten kann, nur im Ernstfall würde dies verstärkt.
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Eine weitere Abwandlung würde für das über den Batterieaufnahmen und dem Energiespeicher gespeicherte rieselfähige Material mit Sollbruchstellen versehen, die durch die Brandmeldeanlage ausgelöst werden.
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Gemäß einer weiteren Abwandlung könnte dies aus selbstauslösenden Feuerlöschgeräten oder mittels einer Treibladung, etwa aus einem Airbag geschehen bzw. ausgelöst werden. Bei letzterem würde der Treibsatz des Airbag oder der Airbag selbst, die oben beschriebene Rückhaltungsmembrane für das rieselfähige Material aufreißen oder soweit zerstören, dass genug Material eventgerecht ausrieseln kann.
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Vorteilhaft kann ein Gehäuse, der Energiespeicher (8), die Batteriaufnahme (12) oder der Batterieraum über die Erdwärme konditioniert oder thermostatisiert werden. Hierzu kann ein direkter, nur über die Isolation (4) und oder Bauliche Hülle (2) abgegrenzter unmittelbarer oder mittelbarer Kontakt zum Erdreich bestehen. Etwaiges Wasser in dem Bereich kann zur Konditionierung des Energiespeichers und beziehungsweise oder des Batterieraumes eingesetzt werden. Dabei kann Wasser die Energiespeichermodule zumindest teilweise umströmen.
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Das Wasser kann mittels einer Pumpe aus einer Brunnenanlage gehoben werden, um eine Kühlung des Energiespeichers zu ermöglichen. Solches Wasser weist meist ganzjährig eine gleichbleibende Temperatur von insbesondere 5°C auf. Die im Kühlprozess aufgenommene Wärme kann über Wärmetauscher weitergegeben oder in einem Wärmespeicher zwischengespeichert werden. Dies ist vorteilhaft in wärmeren Gegenden, an Südhängen, in Süddeutschland oder gemeinhin im Sommerbetrieb unter erhöhtem Kühlbedarf, etwa durch Wärmeeinstrahlung oder intensiveren Betrieb, etwa dadurch das verstärkt Sonnenstrom in Sonnenstromzyklen eingespeist werden muss. D. h. der Strom variiert mit der fluktuierenden Sonneinstrahlung, somit der Energiespeicher und der Batterieraum mit seinen Komponenten höher belastet wird, was u. a. zu einer höheren Abwärmeleistung bzw. Erwärmung des Energiespeichers führen kann. Vorzugsweise wird gemäß einer Abwandlung warme Abluft über ein Register oder eine Wärmepumpe aufgenommen und abgeführt.
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Vorzugsweise beträgt die Temperatur durch die Erdwärme auch im Winter über 0°C, vorzugsweise in einem Bereich von 6–55°C. So kann der Energiespeicher gut auch im Winter geladen werden bzw. im Sommer betrieben werden. Die Batterieanordnung kann dabei zumindest teilweise, insbesondere vollständig unter der Geländelinie angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft weil z. Bsp. bei über 55°C die regulären Betriebsbereiche für einen optimalen Langzeitbetrieb von Batterien schon beinahe grenzwertig erreicht sein können.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Betriebsräume im Innen- oder Außenbereich gelegene, für elektrische Anlagen (elektrische Betriebsräume) geeignete Räume, die insbesondere zur Unterbringung von Einrichtungen zur Erzeugung oder Verteilung elektrischer Energie und/oder zur Aufstellung von Batterien dienen. So unterscheidet man vorzugsweise Batterieräume innerhalb von Gebäuden, öffentliche sowie Zentralbatterien für Sicherheitsbeleuchtung, die in jeweils eigenen elektrischen Betriebsräumen untergebracht sein sollen.
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Arten Ein/Aufbau/Materialien der Energiespeicher bzw. der Batterieeinhausung (2) im Sinne der Erfindung und deren Bestandteile sind erfindungsgemäß Sockel, Schränke, Gehäuse aus Kohlefaser oder Metall und oder Holz/Kunststoff, Beton, Ziegel, Naturstein, Asphaltbeton, wasserdichter Beton, korrosionsgeschützte Materialien, GFK, umbauter Raum, diskrete, Containerlösungen (auch Container-Infrastrukturen) sind erfindungsgemäße Beispiele . Regale, Böcke, Racks, Gehäuse und dergleichen.
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Die Batterieräume können erfindungsgemäß vorteilhaft fest oder beweglich angeordnet sein, in Wasser und/oder Erde im Gelände, zumindest teilweise unterhalb der Geländelinie liegen.
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Nach einer besonderen Ausführung kann der Batterieraum vorteilhaft als oder in Uferbefestigung, Bojen, Schwimmkörper, Boot oder Geräten und Plattformen eingebaut sein. Vorteilhaft in Fundamenten.
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Vorteilhaft liegt der erfindungsgemäße Batterieraum an oder unter der Erdoberfläche bzw. unter der Ebene von Verkehrswegen liegend, oder im Kontext mit Infrastrukturbauten oder Verkehrswegebauten zu sehen sind. Vorteilhat in oder an Fundamenten von Straßen, Brücken, Rampen, Eisenbahnbauten, auch U-Bahnen, Abwasseranlagen usw..
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Vorteilhaft ist es die Erdwärme zur Thermostatisierung durch sehr guten Übergang der Wärme zwischen der Außenseite (Erdreich), zumindest also auch teilweise also der Betriebsraumeinhausung (2), des Betriebsraumes und der Innenseite mit Batterieaufnahme (12) und Batterie (13) usw. zu nutzen. So wird ein nahezu verzögerungsfreier Wärmetransport vorzugsweise von außen nach innen erreicht. Dies führt dazu, dass innen regelmäßig eine Temperatur von 6–15°C erreichen. Insbesondere kann regelmäßig in vorzugsweise mitteldeutschen Bedingungen eine Frostsicherheit bei einer ungefähren Einbautiefe von vorzugsweise 0,6 bis 1,2 m gewährleistet werden. Dies ist vorteilhaft für einen Winterladebetrieb der Energiespeicher, regelmäßig sind Lithium-Ionen Batterien unter 0°C nur noch bedingt oder nicht ohne weiteres ladbar. Es ist vorteilhaft über Erdwärme zu konditionieren bzw. zu thermostatisieren, weil man somit den Energiespeicher nicht heizen muss, um ihn bei niedrigen Temperaturen laden zu können. Weitergehend ist dies vorteilhaft, weil die Sensorik minimiert werden kann, die die Ladetemperatur überwacht. Nach einer besonderen Ausführung entfällt diese sogar. Vorteilhaft ist das thermostatisieren ferner auch, weil die Effizienz und die Sicherheit des Systems in Bezug zu seinem gesamten Lebenszykluss verbessert wird. Vorteilhaft ist auch, dass Energiespeicher eingesetzt werden können, die für den Betriebsbereich über 0°C ausgelegt sind eingesetzt werden können. Denn auch bei Entladung bei tiefen Temperaturen ist der Betriebsbereich eingeschränkt, steigen vorzugsweise die Innenwiderstände an, man findet weniger Kapazität. All dies ist auch erfinderisch vorteilhaft gelöst.
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Unter Wärmeleitung – auch Wärmediffusion oder Konduktion genannt – wird in im Sinne der Erfindung wie in der Physik der Wärmefluss in einem Feststoff oder einem ruhenden Fluid infolge eines Temperaturunterschiedes verstanden. Wärme fließt dabei – gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik – immer nur in Richtung geringerer Temperatur. Aufgrund des Energieerhaltungssatzes geht dabei keine Wärmeenergie verloren. Wärmeleitung ist ein Mechanismus zum Transport von thermischer Energie, ohne dass dazu ein makroskopischer Materialstrom benötigt wird, wie beim alternativen Mechanismus der Konvektion. Auch der Wärmetransport durch Wärmestrahlung wird als getrennter Mechanismus betrachtet. Ein Maß für die Wärmeleitung in einem bestimmten Stoff ist die Wärmeleitfähigkeit. Wenn ein Stoff ein guter Wärmeleiter ist, dann kann er die Wärme gut von einem Molekül auf das nächste übertragen. Die Mechanismen dazu sind vielfältig und erfindungsgemäß optimal je nach vor Ort Lage auch auszuwählen und zu dimensionieren.
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Erfindungsgemäß ist thermostatisieren kühlen und/oder thermostatisieren, auch wärmen. Bevorzugt erfolgt die Wärmeleitung über Wärmeleitverstärker (17). An der Außenseite des Betriebsraumes, bzw. also wenigstens teilweise seiner Betriebsraumeinhausung (2) werden solche Wärmeleiteinrichtungen angeordnet, die die Wärmeleitung fördern. Dazu kommen diverse Lösungen in Betracht, vorzugsweise auch Konstruktionen und Anordnungen wie Finger, Gitter, Erdwärmetauscher, Sonden, Stäbe, Rohre, die zusätzlich im Erdreich übergehen und angeordnet sind und somit den Wärmetransport ins Erdreich verbessern. Dazu können entsprechende Übergänge oder Abschnitte der Betriebsraumeinhausung (2) im Besonderen aus einem besser wärmeleitfähigen Material hergestellt sein, als der übrige Bereich. Je nach Auslegung wird dieser Übergang oder Abschnitt ausgelegt. Vorteilhaft können Wärmeleitplatten, -Folien oder Oberflächenvergrößerungen sein, auch Sandwichanordnungen.
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Bevorzugt können erfinderische Hochleistungs- oder Hochenergiespeicher mit Betriebsraum für elektrische Anlagen mit entgasungsfreien Batterien und Verfahren zur Handhabung einer in einem Betriebsraum angeordneten elektrochemischen Vorrichtung langlebig in Gruben, Höhlen oder Stollen bzw. Schächten, Bunkern jeglicher Art betrieben werden.
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Im Sinne der Erfindung ist ein Löschmittelstutzen (3), optional zusätzlich und unabhängig von einer automatischen Löschanlage des Energiespeichers oder des Batterieraumes eine Einrichtung, die von außen als Kühl und- oder Löschmittelanschluss (3) und ggf. in einem Notfall direkt durch die Feuerwehr als Anschluss genutzt werden kann, ebenso optional erfindungsgemäß vorteilhaft mit einem zweiten Auslass-Löschmittelstutzen (3), welcher somit einen Kreislauf ermöglicht, um die hohen Reaktionswärmen aufnehmen zu können, bzw. einen Kreislauf herzustellen. Somit kann, ohne dass etwas ins Oberflächen- bzw. Grundwasser gelangt, ein Lösch- oder Kühlvorgang bis Reaktionsende durchgeführt werden.
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Vorteilhaft ist es dieses Reaktionsende zeitlich und durch eine weiterer physikalische Größe wie Auftritt von Schadgas oder erhöhter Temperatur zu definieren, mithin also diese Daten zu nutzen, um über den Löschmittelstutzen (3) zu kühlen oder zu löschen/zu begasen.
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Im Sinne der Erfindung ist ein erstes Abdichtungsmaterial und Isolation (4) vorgesehen, welches in erster Linie der thermischen Isolation dient. Das kann aus Dämmmaterialien bestehen und segmental angeordnet sein. Dieses hat Vorteile wie Gasaufnahme, Isolation gegen gefährliche Hitze, Partikelaufnahme, wird aber für den normalen Betriebsfall so angeordnet, dass physikalische Einflüsse von außen wie Temperatur und Feuchtigkeit eingedämmt werden.
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Von besonderem Vorteil ist erfindungsgemäß als Abdichtungsmaterial und Isolation (4) eine Steinwolle oder -derivate auch in Matten oder Plattenform einzusetzen. Dabei sollen die Lagen nicht einfach stößig gelegt angeordnet werden sondern vielmehr eine Art Verbund geschaffen werden, mithin also ein Verband, mit Überständen und einem widerstandsfähigeren Einfassungselement angeordnet werden. Diese kann aus einem anorganischen, mineralischem Material bestehen. Vorteilhaft bleibt bei einer erfindungsgemäßen Abdichtungsmaterial und Isolation (4) eine Druckausgleichsfunktion erhalten, in dem sich Segmente leicht verschieben oder heben können.
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Im erfindungsgemäßen Sinne ist eine Betriebsraumabdeckung (5) als eine Konstruktion angeordnet, die speziell dem Feuchtigkeitsschutz und der Stabilisierung dient, diese kann divers aufgebaut sein, so wie dies explizit für die Batterieraumeinhausung (2) bereits beschrieben worden ist.
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Eine Druckausgleich – oder Berstöffnung (6) soll erfindungsgemäß vorteilhaft so angeordnet werden, dass nach Auslösung kein Zutritt von Feuchtigkeit möglich wird. Als Membransysteme können gegen die Taupunktfeuchtigkeitsniederschläge insbesondere Gore Membrane angeordnet werden.
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Gemäß einer vorzüglichen Ausgestaltung lässt sich der Energiespeicher auf Modulspannung oder Teilbatteriespannung der Batteriebaugruppe oder Batterie herunterschalten, dies kann im Ereignisfalle automatisch geschehen.
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Vorzugsweise ist ein Modul oder die Batterieanordnung lösbar in einem Batterieraum befestigt. Unter einer lösbaren Verbindung ist dabei eine derartige Verbindung zu verstehen, die dazu ausgelegt ist, im Rahmen des ordnungsgemäßen Betriebs des Energiespeichers mehrmals gelöst bzw. wieder befestigt zu werden. Ein Austauschen von Batterien, Zellen oder Modulen der Energiespeichereinheit stellt dabei, im Gegensatz vorzugsweise zu einem lediglich wartungsbedingten lösen, einen Bestandteil einer routinemäßigen Benutzung dar. Eine lösbare Verbindung eignet sich insbesondere für ein automatisiertes Lösen und Befestigen. Insbesondere kann damit erreicht werden dass ein Modul oder eine Batterie aus dem modularen Energiespeicher mit der oder mit Teilen von der erzeugten resp. gespeicherten Energie vom Batterieraum wegtransportiert werden können. Die lösbare Verbindung kann dabei mittels einer Hebevorrichtung und einem Einschub der Batterieaufnahme im Batterieraum realisiert sein. Insbesondere ein Batteriemodul kann mit Spannbolzen oder anderen geeigneten Sicherungsmitteln, gegen ein unbeabsichtigtes Lösen gesichert sein.
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Vorteilhaft lassen sich die einzelnen Module oder Batterien des Energiespeichers mechanisch entfernen und lösen in dem Fall auch eine Abschaltung aus. Dies kann mittels einer Hebevorrichtung oder eines Batteriehebels (8) geschehen. In der beschriebenen Ausführung lässt sich so ach nach einem Ereignis oder Havarie gefahrlos und aus der Entfernung ein Modul oder eine Batterie heben, wobei es zu einer gesicherten allpoligen Abschaltung des ggf. defekten Moduls oder der Batterie kommt. Mittels anderen geeigneten üblichen Elt-Werkzeugs können ggf. etwaige verbliebene Teile oder Reste aufgenommen werden. Die Keramiken, Dämmung, Isolation und die Batterieaufnahme können somit leicht instant gesetzt und vorbereitet werden, um das Energiespeichermodul oder die Batterie wieder zu ersetzen, um einen vollumfänglichen Betrieb wieder herstellen zu können.
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Im Sinne der Erfindung sind unter externen Energiespeichernutzer grundsätzlich alle mobilen wie ortsfesten Nutzer oder Anwendungen aller Coleur zu verstehen.
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Bevorzugt weist der Batterieraum ein erstes Lichtbogenschutzelement und/oder ein zweites Lichtbogenschutzelement auf, wobei vorzugsweise das erste Lichtbogenschutzelement eine Keramik und/oder das zweite Lichtbogenschutzelement eine Keramik aufweist. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass der Schutz der Umgebung verbessert und die die Brandgefahr verringert werden kann.
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Bevorzugt weist der Batterieraum eine Druckentlastungseinrichtung (6) auf, die vorzugsweise wiederverschließbar ist, und die insbesondere ein Ventil, zum Beispiel ein Hörbiger-Ventil und/oder Klappe, zum Beispiel eine Mehrfach-Klappe, die zum Beispiel mehrere Lamellen aufweisen kann, wobei sich benachbarte Lamellen im geschlossenen Zustand berühren können. Die Klappe kann insbesondere eine federbeaufschlagte Klappe sein. Die Sicherheitseinrichtung kann ferner eine Sollbruchstelle aufweisen, insbesondere in einem Teil der Aufnahmevorrichtung, zum Beispiel in der Verschlusseinrichtung.
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Bevorzugt ist die Innenwandung des Batterieraumes mit einem Löschmittel (11) oder einem Löschmitteladditiv beaufschlagt oder beschichtet. Das Löschmittel/-Additiv kann auch von einem Löschgerät oder von der BMA zugeschalteten Fördereinrichtung eingesprüht, eingedüst oder in sonstiger Weise eingebracht werden.
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Bevorzugt ist, dass eine Konditionierung durch Erdwärme stattfindet, insbesondere mit Schicht- oder Grundwasser. Dabei kann eine Wärmetauschvorrichtung als Wärmetauscher verstanden werden, die aber auch lediglich durch das Gehäuse zur Verfügung gestellt wird. Das Gehäuse kann Energie vom Energiespeicher aufnehmen
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Alternativ kann der Energiespeicher mit einem Kühlflüssigkeitskreislauf im wärmeübertragendem Kontakt sein, wobei der Kühlflüssigkeitskreislauf mit der Umgebungsluft in wärmeübertragendem Kontakt steht.
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Folgend wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Figur beschrieben, im vorstehenden Beschreibungsteil aber schon die Lösung der Aufgabe sowie vorzügliche Ausgestaltungen und Abwandlungen jeweils detailliert beschrieben worden sind.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführten Energiespeichers (13), welcher teilweise unter der Geländelinie (1) in einem Batterieraum angeordnet ist.
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In Zusammenhang mit den perspektivischen Darstellungen der Figur ergeben sich weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung.
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Somit kann die Batterie über Erdwärme vorteilhaft konditioniert werden.
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Die Betriebsraumeinhausung (2) verfügt neben dem Druckausgleich (6), einem Löschmittel- und Begasungsstutzen (3) der beschrieben Art und Funktion über zwei mehrlagige Dämmungen in Form von Abdichtungs- und Isolationsmaterial (4), die neben dem Gehäusedeckel (5) und der Batterieaufnahme (12) und dem dämmenden Staubschutz (14) zur Wartungsfreiheit beitragen, weil sich einerseits kein Staub auf den eigentlichen Batteriespeicher legt und andererseits auch organische Verbindungen oder Feuchtigkeit zu Korrosion und Ablagerungen führen, die eher langfristig den sicheren Betrieb eines solchen Speichers beeinträchtigen. Diese Dämmung sorgt auch dafür, das eine Partikelfilterwirkung und Druckaufnahme gegeben ist und ein Rückschlag gefährlicher Hitze im Falle eines Ereignisses eines Brandes deutlich vermindert ist.
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Die eigentlichen Speichereinheiten, Module oder Batterien (13), sind einzeln entnehmbar und die Batterieaufnahmeinheit (12) ist mit Ingenieurkeramik der beschriebenen Art ausgekleidet. Dazwischen wurden Mikrotherm Matten um die Module oder Batterien (13) gelegt. Diese tragen in beschriebenem Maß zur signifikanten Verringerung einer Brandfolge und zur Vermeidung des sogenannten Kaskadeneffektes bei. D. h. eine Überhitzung zumindest eines zweiten oder weiteren Speicherelements, vorzugsweise des benachbarten Speicherelements wie Modul oder Batterie (13) in einer solchen Batterieaufnahmeeinheit (14) im Batterieraum (2) ist verhindert. Der Batterieraum ist zumindest partiell mit einem Löschmittel (11) versehen. Mittels Hebelvorrichtung (8) lassen sich die Energiespeicher (13) wie Module und Batterien unter allpoliger Abschaltung entnehmen. Eine Membran (15) sorgt für eine Vermeidung von Feuchtigkeitsniederschlag oder Feuchtigkeitseintrag aus der Atmosphäre im Batterieraum (2). Die elektrische Schaltanlage (10) ist separat zugänglich von außen. Eine Sensoreinheit (15) dient dem Lichtbogenschutz und der Temperaturüberwachung oder der Gasdetektion.
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Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit ist im Inneren optional ein zusätzlicher Kühlmittelbehälter angeordnet, der vorzugsweise mit Hilfsmitteln zur Kühlung gefüllt sein kann. Ferner befindet sich im Inneren die Sensoreinheit (16), welche im vorliegenden Fall eine Kombination aus einem Rauchmelder und einem Temperatursensor enthält; selbstverständlich ist auch die Verwendung lediglich von einer der beiden genannten Sensorkomponenten denkbar.
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Die Sensoreinheit (15) löst nach der Detektion eines Brandes den Flutvorgang vorzugsweise dadurch aus, dass sie das Öffnen des nicht dargestellten Löschwasserventils oder auch das Auslösen eine Druckpatrone in einem ebenfalls nicht dargestellten Tank am Löschmittelstutzen (3) veranlasst.
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Die Außen an der Betriebsraumeinhausung angebrachten Wärmeleitverstärker (17) sorgen für einen verbesserten Wärmetransport vom Erdreich zu der Betriebsraumeinhausung und verbessern damit die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung insbesondere der Batterie.
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Im gezeigten Beispiel befindet sich im Inneren der Batterieaufnahme die elektrochemische Vorrichtung des Energiespeichers (13), hier eine Lithium-Ionen-Batterie.
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Der gezeigte Entgasungsfreier Hochleistungs- oder Hochenergiespeicher mit Betriebsraum weist ein Volumen vergleichsweise einer Trafostation für Mittelspannung auf, wobei auch andere Größen, denkbar sind.
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Gemäß einer Abwandlung, weist der entgasungsfreie Hochleistungs- oder Hochenergiespeicher mit Betriebsraumoberteil eine Abluftöffnung (6) auf. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels sind ein Filterelement, ein Säurenneutralisationselement, ein Staubfilterelement und ein Abluftkühlelement in dieser Reihenfolge vor der Abluftöffnung in dem Entgasungsfreier Hochleistungs- oder Hochenergiespeicher mit Betriebsraumoberteil angeordnet. Das Filterelement, das Säurenneutralisationselement, das Staubfilterelement und das Abluftkühlelement können über in das Deckenteil des Entgasungsfreier Hochleistungs- oder Hochenergiespeicher mit Betriebsraumoberteiles eingebrachte Halterungen gehalten werden, welche insbesondere als Haltestäbe ausgebildet sein können. Dies ist vorteilhaft in Gebäudekomplexen, deren Fundamenten, Verkehrswegebauten oder sonstigen Infrastrukturen oder Anlagen, die regen Publikumsverkehr zeigen, isoliert und autark sein sollen oder der Landesverteidigung dienen.
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Insbesondere Glas- oder Keramik- und/oder Verbundmaterialschaumbildner und dergleichen können über vorhandene Vorhänge oder Segmentteilungen geleitet und gehalten werden, so dass diese vorzugsweise eben nur in einem betroffenen Segment mit dem Ereignisort zugeführt werden oder dort wirken.
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Eine Schicht solcher Schaumbildner kann schon bei etwa 5 cm sehr wirksam sein und sehr viel Wärme aufnehmen, bei 3 cm Lagen oder Schichtdicke sind dies bereits etwa 1000°C. Die Vorhänge und/oder Segmentteilungen bestehen vorzüglich aus einer Glasseide, die zu 1200°C beständig ist. Vorzüglich hält diese dem Druck der zuzuführenden oder zu wirkenden Schaumbildner auch während der Reaktion unter Bezug zum Ereignis am Ereignisort stand. Um ggf. Rauch- oder Brandgase oder andere Gase abzuführen und/oder einem Druckaufbau entgegen zu wirken sind Druckabführungen der beschriebenen Art angeordnet. Das können Kammern oder Abführrohre auch im Sinne von Schornsteinen oder- stutzen sein. Darin oder dabei ist erfindungsgemäß vorteilhaft nach dieser Ausführung eine optional auszulegende Wassernebelanlage (Brandschutzwassernebelanlage) angeordnet. Hochdruck-Wassernebelanlagen erzeugen mit HD-Pumpen bei einem Druck von bis zu 120 bar mit speziellen Düsen einen sehr feinen Wassernebel mit Tröpfchendurchmesser von a 10 bis 100 nm, der sich nahezu 3-dimensional gasartig ausbreitet. Durch die in Relation zur Wassermenge riesige Reaktionsfläche der Wassertröpfchen werden dem Feuer schnell große Mengen an Energie entzogen und das Temperaturniveau wird rapide und gleichmäßig abgesenkt. Dies erschwert eine Brandausbreitung vorteilhaft im Batterieraum und vermindert erheblich die Wärmestrahlungen auf Menschen, umliegende Gegenstände und tragende Gebäudeteile wie die der Batterieraumeinhausung (2). Die schnelle Brandeindämmung und die enorme Kühlwirkung vermindert die Gefahr einer Rückzündung des Energiespeichers.
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Die Bekämpfung verdeckt liegender Bereiche, erfindungsgemäß besonders vorteilhaft unter der Geländelinie (1) ist somit möglich. Geringe Wassermengen erzeugen minimale Wasserschäden. Die Entsorgung personengefährdender und umweltschädigender Löschmittel entfällt. Der physiologisch unbedenkliche Nebel aus reinem Wasser kann ohne Verzögerungszeit eingesetzt werden und erleichtert anwesenden Menschen dadurch eine Flucht und erhält Rettungs- und Angriffswege für die Feuerwehr.
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Vorteilhaft ist auch die Anordnung einer Heißlöschschaumanlage für den Brandschutz, speziell für die massiv beobachtete Rauchentwicklung eines Batteriebrandes. Vorteilhaft kann damit auch eine adiabate Kühlung realisiert werden.
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Vorteilhaft ist es ein Heißschaum Löschverfahren einzusetzen, welche ohne aufwendige Baumaßnahmen eine sichere Löschung erzielt. Das Prinzip dieses Löschverfahrens beruht hierbei auf die Ansaugung rauchgefüllter Luft (0°–1.200C°) aus dem zu schützenden Raum. Der dabei entstandene graue Leichtschaum (relativ trocken) füllt den Schutzraum innerhalb weniger Minuten. Es findet praktisch ohne Druckaufbau ein Austausch von Rauch enthaltender Luft zu Rauch enthaltenden Schaum statt. Vorteilhaft ist, dass Luft entzogen wird. Vorteilhaft ist, diese Anlage so ggf. insbesondere überdimensioniert auszulegen, dass die praktische Rauchmenge des maximalen Ereignisses, welches sich nach der Auslegung, mithin also den angeordneten beschriebenen Maßnahmen bestimmen lässt (je nach Batteriesystem divers), händelbar ist. Durch das vollständige Binden des am Brandherd entstandenen Rauches, gelangt kein Rauch/Partikel in die Atmosphäre und es kommt zur sehr schnellen Löschung in allen Bereichen des zu schützenden Raumes. Der nach ca. 9 Stunden zerfallene Schaum kann abgesaugt und entsorgt werden. Das Heißschaum Löschsystem, erfüllt Löscheigenschaften in bestimmten außergewöhnlichen Brandlastsituationen. Andere Systeme, wie Wassernebel-, Kompaktschaum-, Dampf-, Suppressions-, Inhibations- oder PyroBubbles Systeme sind optional.
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Ein solches System wird insbesondere in der Nähe von Wohngebieten, sensitiver Infrastruktur, auch Krankenhäusern und Kinder- oder Seniorentagesstätten empfohlen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Versorgung eines externen Energiespeichernutzer aus einem Betriebsraum mit angeordneten elektrochemischen, entgasungsfreien Hochleistungs- oder Hochenergiespeichers, dadurch, dass ein Energiespeicher (13) unter allpoliger Trennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche entnommen wird und anschließend extern des Betriebsraumes eingesetzt wird.
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Weitergehend wird über eine Wärmetauschvorrichtung mit Wärmeleitverstärker (17) ein Austausch von thermischer Energie von dem Energiespeicher (13) mit zumindest Teilen der Erde vorgenommen wird, dass die Erde in mittelbarem Kontakt mit dem Energiespeicher (13) über einen Wärmeleitverstärker und dessen Gehäuse oder mit der Umhüllung des Energiespeichers gerät.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Geländelinie
- 2
- Betriebsraumeinhausung
- 3
- Löschmittel-; Begasungsstutzen
- 4
- Abdichtung, Isolation
- 5
- Deckel, Betriebsraumabdeckung
- 6
- Druckausgleich, Berstöffnung
- 7
- Gitter/Membrane
- 8
- Batteriehebel, -hebevorrichtung
- 9
- Zugang, Belüftung,
- 10
- elektrische Schaltanlage
- 11
- Feuerlöschmittel
- 12
- Batterieaufnahme, mit Isolation
- 13
- Batterie, Modul, lösbar, freischaltbar
- 14
- Dämmung, Staubschutz
- 15
- Membran
- 16
- Sensoreinheit
- 17
- Wärmeleitverstärker
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4994940 [0008]
- US 2001/031392 A1 [0009]
- WO 2003/065483 A2 [0010]
- DE 4411842 A1 [0011]
- DE 102009051215 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 4202 [0049]
- VDE 0304 [0049]
- VDE 0660 [0050]
- EN 60439-1, [0050]
- DIN 4202 [0066]
- VDE 0304 [0066]
