DE202013010308U1

DE202013010308U1 - Arrangement for safer batteries in transportation and application

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Publication number: DE202013010308U1
Application number: DE201320010308
Authority: DE
Original assignee: ENVITES ENERGY GES fur UMWELTTECHNIK und ENERGIESYSTEME MBH; Envites Energy Gesellschaft fur Umwelttechnik und Energiesysteme Mbh
Current assignee: ENVITES ENERGY GES fur UMWELTTECHNIK und ENERGIESYSTEME MBH; Envites Energy Gesellschaft fur Umwelttechnik und Energiesysteme Mbh
Priority date: 2013-11-17
Filing date: 2013-11-17
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2023-11-18

Abstract

Anordnung für sicherere Batterien in Beförderung und Anwendung dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Abtrennung und mindestens eine Brandgasbindungseinrichtung angeordnet ist.Arrangement for safer batteries in transportation and use, characterized in that at least one partition and at least one fire gas binding device is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Anordnungen für sicherere Batterien als Energiespeicher oder -systeme in Beförderung und Anwendung (stationär wie mobil und als Transportverpackung).The present invention relates to arrangements for safer batteries as energy storage or systems in transportation and use (stationary as well as mobile and transport packaging).

Darüber hinaus kann die Erfindung auch auf andere brandgefährliche Stoffe oder Erzeugnisse oder auf elektrisch betriebene Brennstoffzellenfahrzeuge, Elektrofahrzeuge oder Energiesysteme, Geräte und Maschinen und dergleichen selbst angewandt werden. Im Folgenden soll die Erfindung im Wesentlichen anhand von Batterien, speziell Lithium-Ionen Batterien beschrieben werden.Moreover, the invention may also be applied to other fire hazardous materials or products or to electrically powered fuel cell vehicles, electric vehicles or power systems, equipment and machines and the like itself. In the following, the invention will be described essentially by means of batteries, especially lithium-ion batteries.

Besonders in und für Versagensfälle wie Bränden (Elektrolytbrände, Kaskadeneffekt „fire propagation” und Thermal Runaway auch im internen Kurzschlußfall), die auch zu Explosionen führen können. Unsere globale Gesellschaft sucht Wege zu mehr Energieeffizienz, die in einem mehr an Elektrifizierung gekennzeichnet sein soll. Dies insbesondere auch, um wertvolle Ressourcen zu schonen oder eine Umweltbelastung reduzieren zu können.Especially in and for failures such as fires (electrolyte fires, cascade effect "fire propagation" and thermal runaway also in internal short circuit case), which can also lead to explosions. Our global society is seeking ways to increase energy efficiency, which should be more electrified. This in particular, to save valuable resources or reduce environmental pollution.

Batterien, Energiesysteme allgemein spielen hierbei eine große Rolle. Man kann aber auch sehen, dass diese Energiesysteme, die immer mehr Energie und Leistung speichern bzw. abgeben können, im extremen Missbrauch Brandereignisse entwickeln können, die teilweise, wie im Folgenden exemplarisch anhand von Lithium-Ionen Batterien erläutert, schwer zu löschen sind, ohne signifikantere, schädigende oder wiederum gefährlichere Auswirkungen zu haben (gefährliche Hitze, Explosionen (Knallgas), Rauchgase, Feuer e. c.).Batteries, energy systems in general play a major role here. However, it can also be seen that these energy systems, which can store and release more and more energy and power, can develop fire events in extreme misuse, some of which are difficult to extinguish, as explained below by way of example using lithium-ion batteries to have more significant, harmful or even more dangerous effects (dangerous heat, explosions (oxyhydrogen gas), fumes, fire ec).

Eine Folge etwa einer Überhitzung oder eines internen Kurzschlusses 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.A consequence of overheating or an internal short circuit may be a battery burn, which is currently the subject of discussion in the case of lithium batteries in particular. Several concepts, especially in mobile applications such as electric vehicles, assume that such a battery burn should be combated with water and additives as extinguishing agents, whereby water is undoubtedly able to neutralize the total reaction energy of such a battery to a sufficient extent.

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, dies 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.On the other hand, relatively large amounts of water or extinguishing agent are required for larger batteries or battery modules, which may need to be supplied. The extinguishing agent should not get into the groundwater, this is difficult to realize due to the problems described. In particular, batteries are hermetically sealed (lithium-ion batteries, Li-polymer, Li-metal), but in the event of damage to or opening of safety devices or bursting of the enclosure, dangerous, sudden reactions may occur. The preferably embedded in the carbon lithium can react with water with flame formation. Hydrogen or HF may be released during the reaction of the lithium with the electrolyte as well as with the extinguishing agent. Other toxic reaction products are also regularly produced in significant amounts. Forming hydrogen can form ignitable mixtures with the ambient air and burn off abruptly.

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.The HF may affect the peripheral battery systems, such as cables, parts, insulation, electronics, sensors and security or switching devices together with insulation and insulation and the like such that it leads to chain reactions, thus the entire battery assembly is irreversibly damaged especially in the creeping process or in Battery burn, even temporarily staggered nature, is destroyed.

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.Hydrogen / air mixtures are ignitable in a wide mixing ratio (4 to 75% by volume of hydrogen in air or gas mixture). These require a very low ignition energy, so that even already low electrostatic discharges are sufficient as a source of ignition. In the mixing ranges from 18 to 59% by volume, hydrogen / air mixtures are very reactive. They have a very fast flame propagation speed.

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.All energy storage devices have potential or latent risks. Electrochemical systems can therefore explode if improperly handled, such as poor cleaning of lead-acid battery based energy storage devices and cause corresponding damage. In each case, the damage due to mechanical or thermal action of the storage is to be distinguished from damages that may be released by possibly environmentally incompatible materials.

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.Covering with sand or fire powders covers a source of fire, can partially restrain further reactions, but just as in the case of covering with glass (such as pyro-bubbles) or ceramic beads, it can also lead to pressure build-up under a burning away of the fire Breakage or breakthrough through the cover can lead to a dangerous, sudden and violent reaction.

Solche Reaktionen hat man jüngst auch bei Elektroautos sehen können, deren Batterie aber offenbar durch massiven Einschlag von Gegenständen zerstört worden waren und es zu einem Brand kam.Such reactions have been seen recently also in electric cars, but their battery had apparently been destroyed by massive impact of objects and there was a fire.

Öfters wird beobachtet, dass eine starke Rauchentwicklung aus einem solchen Batterieereignis generiert wird, dies kann schnell gefährlich werden. Das wurde so insbesondere auch aus einem Bericht der GCAA (Dubai UPS Frachtflugzeug) konstatiert. Schließlich können diese Rauchgase aufgrund Ihrer Bestandteile wiederum rückzünden und stichflammenartig sich sehr schnell ausbreiten.It is often observed that heavy smoke is generated from such a battery event, which can quickly become dangerous. That became so in particular from one Report of GCAA (Dubai UPS cargo aircraft) stated. After all, these flue gases can re-ignite due to their constituents and spread out like flames in a flash.

Die DE 2010 035 959 schlägt eine gesonderte Aufnahme- mit mindestens einer Sicherungseinrichtung vor, die auch Druckausgleichseinrichtungen als gesonderte Anordnungselemente integrativ umfassen soll. Es gibt aber Anwendungen, die eine zusätzliche Druckentlastung in einer solchen Anordnung nicht ermöglichen.The DE 2010 035 959 proposes a separate recording with at least one security device, which should also include integrating pressure compensation devices as separate arrangement elements. However, there are applications that do not allow additional pressure relief in such an arrangement.

Die DE 10 2010 050 742 schlägt eine stabile Inertgasbeaufschlagung vor. Diese reduziert insbesondere entstehende Rauchgase nicht hinreichend im Sinne der vorliegenden Erfindung.The DE 10 2010 050 742 suggests a stable inert gas. This reduces in particular resulting flue gases not sufficient in the sense of the present invention.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit von Batterien in Beförderung und Anwendung zu verbessern. Das Ziel ist es dabei auch, keine gesonderten Druckausgleichseinrichtungen anordnen zu müssen. Dabei sollen Standardverpackungen von und für Lithium-Ionen Batterien weiterhin Verwendung finden können. So soll weitergehend auch ein bereits einsetzender Thermal Runaway oder sonstiger Batteriebrand eingedämmt oder gelöscht werden, so dass kein Druckaufbau erfordert, das Ereignis begrenzt bleibt und möglichst wenig giftiger Rauch generiert wird.The present invention has for its object to improve the safety of batteries in transport and use. The goal is also to have to arrange no separate pressure compensation devices. Standard packaging of and for lithium-ion batteries should continue to be used. For example, a thermal runaway or other battery fire that is already on-going should be contained or extinguished, so that no pressure build-up is required, the event remains limited and as little poisonous smoke as possible is generated.

Weiter kann die Aufgabe so verstanden werden, gefährliche Reaktionen wie gefährliche Hitze sicherer zu beherrschen und ein zu dämmen, auch bezogen für etwaige umweltschädigende Folgen oder einen großen Folgeschaden durch Verlust von Gerät und Infrastruktur oder deren Widerherstellung als Risiko extrem zu minimieren.Furthermore, the task can be understood as a safer way to control dangerous hazards such as dangerous heat and to minimize one, also for any environmentally damaging consequences or a large consequential damage by loss of equipment and infrastructure or their recovery as a risk extremely to minimize.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung nach Maßgabe des Schutzanspruches oder eines unabhängigen Unteranspruches gelöst. Die Unterschutzansprüche sollen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung unter Schutz stellen.This object is achieved by an arrangement in accordance with the protection claim or an independent subclaim. The Unterschutzansprüche to provide advantageous developments of the invention under protection.

Eine erfindungsgemäße Anordnung für sicherere Batterien in Beförderung und Anwendung besteht im einfachsten Falle aus zumindest einer Abtrennung und mindestens einer Brandgasbindungseinrichtung.An arrangement according to the invention for safer batteries in transport and application consists in the simplest case of at least one separation and at least one combustion gas binding device.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der gesicherten Beherrschung von seltensten, aber möglichen Batteriebränden, wie beschrieben. Dabei kann vorteilhaft mit normalen, heute gebräuchlichen Verpackungsmethoden gearbeitet werden. Vorteilhaft ohne Druckaufbau und leicht zu reinigen, d. h. durch die Erfindung geschütztes Gut kann quasi sofort einer weiteren Verwendung zugeführt werden.The advantage of the present invention is the assured mastery of the rarest but possible battery fires, as described. It can be used to advantage with normal packaging methods used today. Advantageously without pressure build-up and easy to clean, d. H. Good protected by the invention can be almost immediately fed to a further use.

Rauchgase emittieren nicht in technische Systeme, es bilden sich keine durchzündfähigen Rauchgaskonzentrationen. Gefährliche Hitze wird eingedämmt, wichtiges Gerät geschützt. Ein sehr geringer Wasseranteil wird gebunden und ist lediglich erforderlich, somit kann auch nichts in Erdreich gelangen. Die Erfindung lässt sich auch für den Aftermarket und Lösungen in Vorbereitung oder zum Nachrüsten zu einer Beförderung oder Lagerung auch defekter Batterien wie erläutert vorteilhaft einsetzen.Flue gases do not emit in technical systems, there are no flammable flue gas concentrations. Dangerous heat is contained, important device protected. A very small amount of water is bound and is only required, so nothing can get into the soil. The invention can also be used advantageously for the aftermarket and solutions in preparation or for retrofitting to transport or storage of defective batteries as explained.

Die erfindungsgemäße Lösung hat ferner den Vorteil ohne größere elektrischen oder sensorischen Anlagen leicht eingerüstet zu werden, somit ist die Anordnung flexibel und mehrwegfähig nutzbar.The solution according to the invention also has the advantage of being easily scaffolded without major electrical or sensory installations, thus making the arrangement flexible and reusable.

In Fahrzeugen kann dazu Wasser aus Kühlkreisläufen oder Waschanlagen in dem Bedarfsfall genutzt werden, die Anordnung der Brandgasbindeeinrichtung in einem Fahrzeug oder Flugzeug kann flexibel und mit einfachem Aufwand aufgerüstet werden.In vehicles to water from cooling circuits or washing systems can be used in case of need, the arrangement of the fire gas binding device in a vehicle or aircraft can be flexibly and easily upgraded.

Vorteilhaft ist schließlich, dass in einem Unfallfalle diese Brandgasbindeeinrichtung prädikativ oder vorbeugend eingesetzt werden kann, etwa dann wenn ein Impact erfolgt ist oder etwa die Managementelektronik oder Sicherheitselektronik einen Gefahrfall sieht und diese quasi dann Batterieairbag Funktion auslöst.It is advantageous, finally, that in an accident trap this Brandgasbindeeinrichtung can be used predicatively or preventively, such as when an impact has occurred or about the management electronics or security electronics sees a danger and this triggers then almost battery alarm function.

Hier sind im Folgenden für diese Erfindung Batterien auch als Energiesysteme oder Energiespeicher bzw. Stromspeicher esp. -wandler oder Erzeuger oder Netz- und Verteileinrichtungen, auch wie folgt, definiert. Dabei kann es sich um Komponenten wie Zellen oder Module, Batterien, Batteriebaugruppen und dergleichen, auch Brennstoffzellen, andere Erzeugnisse oder Stoffe und deren Mischungen, Bauarten oder Derivate handeln.Here are batteries for the purposes of this invention as energy systems or energy storage or power storage esp. converter or generator or network and distribution equipment, also defined as follows. These may be components such as cells or modules, batteries, battery assemblies and the like, including fuel cells, other products or substances and their mixtures, types or derivatives.

Ebenso Windkraftanlagen, Solarzellen, Bio-Zellen, Tauscher, Öl- und Gas oder deren Wandler- und Verdichter. Die Definitionen am Beispiel Lithiumbatterien kann man aus den internationalen Normen sowohl der ISO wie IEC sowie UL und dergleichen dafür jeweils heranziehen oder sich am UN Prüfhandbuch Test und Kriterien (bei Lithiumbatterien 38.3) orientieren.Also wind turbines, solar cells, bio-cells, exchangers, oil and gas or their converter and compressor. The definitions using the example of lithium batteries can be taken from the international standards of both the ISO and IEC and UL and the like for each case or on UN Test Guide Test and Criteria (for Lithium Batteries 38.3) orientate.

Das Funktionsprinzip dieser ionischen Batterien basiert auf der Intercalation (von Varta früher auch als Swing-Batterie bezeichnet). Der Begriff der Intercalation wird in unterschiedlicher und oft missverständlicher Weise gebraucht. Im weiteren Sinne des Wortes ist eine Intercalation die Einlagerung einer beweglichen Gastspezies in ein Wirtsgitter ohne Zerstörung des Bauprinzips der Wirtssubstanz.The functional principle of these ionic batteries is based on the intercalation (formerly known as swing battery by Varta). The concept of intercalation is used in different and often misleading ways. In the wider sense of the word, intercalation is the incorporation of a mobile guest species into a host lattice without destroying the building principle of the host substance.

Die Wirtsgitter weisen dabei z. B. Schicht-, Röhren- oder Käfigstrukturen auf, in denen die Gäste in 1-, 2- oder 3-dimensionaler Anordnung (häufig unter Quellung) eingelagert werden können. Vielfach wird der Begriff ”Intercalieren” (= ”dazwischenschieben” nur für 2-dimensionale Wirte verwendet. Die Intercalation von Ionen (Anionen bzw. Kationen) ist mit einer Oxidation bzw. Reduktion des Wirtsgitters verbunden. Bei einer elektrochemischen Intercalation wird ein elektronisch leitender Wirt als Elektrode in einem Elektrolyten anodisch oder kathodisch polarisiert, wodurch Anionen bzw. Kationen (eventuell solvatisiert) aus dem Elektrolyten in das Wirtsgitter übertreten. The host lattice have z. As layer, tube or cage structures in which the guests in 1, 2 or 3-dimensional arrangement (often swelling) can be stored. In many cases, the term "intercalation" is used only for 2-dimensional hosts The intercalation of ions (anions or cations) is associated with an oxidation or reduction of the host lattice, and an electrochemical intercalation becomes an electronically conducting host as an electrode in an electrolyte anodically or cathodically polarized, whereby anions or cations (possibly solvated) from the electrolyte into the host lattice.

Durch diese Elektronen-/Ionen-Transferreaktion entsteht ein Mischleiter mit meist besserer elektronischer Leitfähigkeit als das Ausgangsmaterial. Elektrochemische Intercalationsreaktionen sind in der Regel reversibel, und die Beweglichkeit der Gastionen ist insbesondere in Wirtsgittern mit Schichtstruktur hoch.This electron / ion transfer reaction produces a mixed conductor with usually better electronic conductivity than the starting material. Electrochemical intercalation reactions are usually reversible, and the mobility of the guest ions is particularly high in host lattices with a layered structure.

Das Konzept der Intercalationselektroden für elektrochemische Stromquellen hat spätestens seit der rasanten Entwicklung der wiederaufladbaren Lithiumzellen wieder großes Interesse gefunden. Graphitintercalationskathoden sind seit den 70er Jahren für Anwendungen in organischen und wässrigen Elektrolytlösungen vielfach untersucht worden.The concept of intercalation electrodes for electrochemical current sources has again attracted great interest since the rapid development of rechargeable lithium cells. Graphite intercalation cathodes have been widely studied since the 1970's for applications in organic and aqueous electrolyte solutions.

Auch in anderen, schon lange Zeit bekannten galvanischen Elementen, z. B. dem Zn/MnO₂-Element und dem Bleiakkumulator, verläuft die Reduktion der kathodischen Oxide über die Einlagerung eines Protons (H⁺) in MnO₂ bzw. PbO₂.Also in other, for a long time known galvanic elements, eg. As the Zn / MnO ₂ element and the lead-acid battery, the reduction of the cathodic oxides proceeds via the incorporation of a proton (H ⁺ ) in MnO ₂ or PbO ₂ .

Die hochreaktiven Elektroden in Li-Ionen Batterien sind nur kinetisch, d. h. durch „passivierende” Oberflächenfilme, gegen eine plötzliche Reaktion mit dem organischen, leicht entflammbaren Elektrolyten geschützt. So sollte auf jeden Fall ein Betriebszustand der Lithium-Ionen-Zelle vermieden werden, der ein plötzliches Aufbrechen der Filme begünstigt, also z. B. eine Überladung oder Überentladung. Der auf die H₂- bzw. O₂-Entwicklung beruhende chemische Überlade- und Überentladeschutz in wässrigen Elektrolyten kann nämlich in den nichtwässrigen Lithiumzellen nicht realisiert werden. Die Entladung und Ladung von Lithium-Ionen-Zellen muss elektronisch überwacht und geregelt werden.The highly reactive electrodes in Li-ion batteries are only kinetically, ie by "passivating" surface films, protected against a sudden reaction with the organic, highly flammable electrolyte. Thus, in any case, an operating state of the lithium-ion cell should be avoided, which promotes a sudden breakup of the films, so z. As an overload or over-discharge. Namely, the chemical overload and overdischarge protection based on H ₂ or O ₂ evolution in aqueous electrolytes can not be realized in the nonaqueous lithium cells. The discharge and charge of lithium-ion cells must be electronically monitored and regulated.

Dendritenbildung oder flächige Abscheidungen von metallischem Lithium oder Eisen in bspw. Interkalationssystemen wie Lithium-Ionen Batterien können zum totalen Fehlversagen des Systems führen. Li-Dendriten können als feine gegliederte Strukturen nadelhaft eine Elektroden-Separatoranordnung durchstoßen und kurzschließen. Solche Dendriten können auch um die Wickel oder Stapelkanten herum Kurzschlüsse ggf. erzeugen.Dendritic formation or planar deposits of metallic lithium or iron in, for example, intercalation systems such as lithium-ion batteries can lead to total failure of the system. Li-dendrites, as fine structured structures, can pierce and short-circuit an electrode-separator arrangement in a needle-like manner. Such dendrites may also generate short circuits around the winding or stacking edges if necessary.

Deren Folge kann eine Überhitzung des Zellsystems mit folgendem Thermal Runaway sein. Flächig abgeschiedenes Lithium im Beispiel von Lithium Ionen Batterien kann eine reaktive Schnittstelle zur oder mit dem Elektrolyten ausbilden. Zumindest eine vorzeitige Gebrauchsreduktion wird hier signifikant oder es kann ebenso zu den beispielhaft beschriebenen kritischen Folgen oder Zuständen im Betrieb im Feld besonders kommen.The result may be overheating of the cell system with the following thermal runaway. Flatly deposited lithium in the example of lithium ion batteries can form a reactive interface to or with the electrolyte. At least a premature reduction in use becomes significant here, or it can also come to the exemplary described critical consequences or conditions in the field operation in particular.

Stromspeicher im Rahmen der Erfindung sind vorzugsweise elektrochemische Speichermedien oder auch elektrostatische Ladungsspeicher, auch in beliebigen Kombinationen oder gemeinsam zur Beförderung angeboten. Elektrochemische Speichermedien umfassen dabei einen Akkuzellensatz (Batterie, Akkumulator, Akku) mit mindestens einer einzelnen Akkuzelle oder Akkuzellen.Electricity storage devices within the scope of the invention are preferably electrochemical storage media or also electrostatic charge storage devices, also offered in any combination or together for transportation. Electrochemical storage media comprise a battery cell set (battery, accumulator, rechargeable battery) with at least one individual rechargeable cell or rechargeable battery cells.

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.Energy storage, in the context of the present invention, such as lithium-ion or Ni-MH batteries, are used to store energy for later use. Advantageously according to the invention are energy and power optimized systems.

Lithium Ionen Batterie ist dabei ein Sammelbegriff für die Vielzahl diverser sekundärer Batteriesysteme. Es gibt eine Fülle möglicher Kombinationen von Anoden, Elektrolyt und Kathodenmaterialien und design-in Varianten. Lithium ist quasi als Linksaußen das leichteste Metall im Periodensystem (Atommasse M = 6,941 g/mol; Dichte 0,53 g/cm³) und steht am negativen Ende der elektrochemischen Spannungsreihe (–3,04 VH). Die daraus resultierende hohe theoretische Kapazität von 3860 Ah/kg und die in Kombination mit verschiedenen Kathodenmaterialien realisierbaren hohen Zellspannungen machen es zum idealen Anodenmaterial.Lithium ion battery is a collective term for the variety of various secondary battery systems. There is a wealth of possible combinations of anodes, electrolyte and cathode materials and design-in variants. Lithium is the leftmost light metal in the periodic table (atomic mass M = 6.941 g / mol, density 0.53 g / cm ³ ) and is at the negative end of the electrochemical series (-3.04 VH). The resulting high theoretical capacity of 3860 Ah / kg and the high cell voltages that can be achieved in combination with various cathode materials make it the ideal anode material.

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.If the storage of an energy form is unfavorable or impossible due to technical problems, insufficient capacity or standstill losses, it is converted into another energy form that is more suitable for storage and stored. If necessary, the energy is then converted back. An example is the conversion of chemical energy (fuel) into thermal energy (heat). There are always losses in both storage and energy conversion. Lithium-ion batteries are degassing-tight and, in normal operation, they do not excrete any dangerous oxyhydrogen gas.

Man bezeichnet diese Batterien 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 abgebildet werden kann.These batteries are commonly referred to as electrochemical devices, most of them are equipped with management and protection electronics, with an advantageous configuration a serial string BMS (= battery management system) can be combined or autonomously mapped with a higher-level battery assembly management system device (BMMS).

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.It is advantageous if this BMMS always monitort the battery assembly, even in sleep mode or during maintenance or removal of a battery assembly in the battery compartment, so that no short circuits, dangerous heat developments and the like can occur in the accident. For the purposes of the present invention, in particular such incidents are also referred to as an event case.

Von Vorteil ist, wenn diese BMS und oder BMS/BMMS die Funktion einer Laderegelung integriert haben, weil dann eine gesonderte Ladeschaltung entbehrlich ist.It is advantageous if these BMS and / or BMS / BMMS have integrated the function of a charge control, because then a separate charging circuit is unnecessary.

Vorteilhaft ist wenn das BMS oder das BMMS an die Abtrennung und/oder die Brandgasbindungseinrichtung gekoppelt ist. Von besonderem erfinderischem Vorteil ist es wenn das BMS oder das BMMS über eine Regelung, die vorteilhaft redundant aufgebaut ist die Brandgasbindungseinrichtung in Gang setzt, wie dies hier beschrieben ist.It is advantageous if the BMS or the BMMS is coupled to the separation and / or the combustion gas binding device. It is of particular inventive advantage if the BMS or the BMMS sets in motion the combustion gas binding device by way of a regulation which is advantageously redundantly constructed, as described here.

Vorzugsweise kann für eine Luftbatterie Zellenelement eine Elektrode mit einer zusätzlichen Dichtmembran oder -Beschichtung angeordnet sein. Ein Luftbatteriesystem nutzt dann optional Sauerstoff aus der Luft als Gegenelektrode.Preferably, for an air battery cell element, an electrode may be arranged with an additional sealing membrane or coating. An air battery system then optionally uses oxygen from the air as the counter electrode.

Galvanische Batterien werden häufig auch in der Form stapelbarer oder gewickelter Einheiten hergestellt, aus denen durch Zusammenfassung einer Mehrzahl solcher Zellen Batterien oder Batteriebaugruppen für verschiedene Anwendungen, insbesondere für einen Einsatz in ortsfesten Batterieanlagen verschiedener Anwendungen hergestellt werden können.Galvanic batteries are also often manufactured in the form of stackable or wound units, from which by combining a plurality of such cells, batteries or battery assemblies for various applications, in particular for use in stationary battery systems of various applications can be produced.

Diese werden aus Zellen-Modulen, Batteriebaugruppen oder Batterien aufgebaut, die über ein Batteriemanagement verfügen. In jüngerer Zeit werden insbesondere Lithiumbatterien auch gefaltet und gewickelt.These are made up of cell modules, battery assemblies or batteries that have a battery management system. More recently, lithium batteries in particular have also been folded and wound.

Vorliegend ist der SOC als Ladezustand gekennzeichnet. State of Charge (SoC) ist ein Kennwert für den Ladezustand von Akkus als Stromspeicher. Der SoC-Wert kennzeichnet die noch verfügbare Kapazität eines Akkus im Verhältnis zum Nominalwert. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist es den SOC in einem bestimmten Bereich einzustellen oder auch zu betreiben, vorteilhaft zwischen 20–80% oder im Falle der Beförderung bei vorzugsweisen 30–70%.In the present case, the SOC is marked as state of charge. State of charge (SoC) is a characteristic value for the state of charge of rechargeable batteries as current storage. The SoC value indicates the available capacity of a battery in relation to the nominal value. According to the invention it is advantageous to adjust or operate the SOC in a certain range, advantageously between 20-80% or in the case of transport at preferably 30-70%.

Der Ladezustand wird in Prozent vom vollgeladenen Zustand angegeben. 30% bedeuten somit, dass der Akku noch eine Restladung von 30% bezogen auf die Vollladung von 100% hat.The state of charge is given as a percentage of the fully charged state. 30% thus means that the battery still has a residual charge of 30% based on the full charge of 100%.

In Sekundärzellen weißt eine Batterie bspw. auch Ionen auf. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer erhöhten Energiedichte der Sekundärbatterie, insbesondere einer Energiedichte von wenigstens 40 Wh/kg.In secondary cells, for example, a battery also knows ions. This embodiment offers the advantage of an increased energy density of the secondary battery, in particular an energy density of at least 40 Wh / kg.

Diverse Materialkombinationen und auch Hochvoltzellbatteriestromspeichersysteme erfinderisch der Lithium-Ionen oder Li-Metall, Li-Luft-Typen einsetzbar. Besonders vorteilhaft war bei einem Li-Ionen System mit Mischoxiden die U_max bis 4,3 V einzustellen. Statt einem Lithium System kann auch etwa eine Schwefelbatterie oder beispielsweise auch eine Magnesiumbatterie und dergleichen vorzüglich verwendet werden.Various combinations of materials and also Hochvoltzellbatteriestromspeichersysteme inventively the lithium-ion or Li-metal, Li-air types used. It was particularly advantageous to set the U _max to 4.3 V in a Li-ion system with mixed oxides. Instead of a lithium system, about a sulfur battery or, for example, a magnesium battery and the like can be used excellently.

Erfindungsgemäß von besonderem Vorteil ist der Einsatz eines Stromspeichers der auf Systemen beruht, die 5 V in Bizellentechnologie oder als Hochvoltzellen (5 V Systeme wie Spinel, LiNiMno4 und dergleichen) verwenden.Of particular advantage according to the invention is the use of a current memory based on systems using 5 V in bizelle technology or as high-voltage cells (5 V systems such as Spinel, LiNiMno4 and the like).

Als untere Spannungsgrenzen kommen bei einem LTO System nach dem Vorschlag der Erfindung 1,9 V oder bei einem LiFP system 2,9 V in Frage, temperaturabhängig ggf. variiert. Bei einem Hochvoltspinell Zellsystem wären dies 4,5 V vorschlagsgemäß für den optimalen Effizienzbereich.As lower voltage limits come in an LTO system according to the proposal of the invention 1.9 V or in a LiFP system 2.9 V in question, temperature-dependent possibly varied. For a high-voltage spinel cell system, this would be 4.5 V as proposed for the optimum efficiency range.

Kritisch für das Verhalten unter Extrembedingungen, die z. B. durch innere oder äußere Kurzschlüsse zu einem hohen Temperaturanstieg führen können, ist die Temperaturstabilität der Aktiv-Materialien des Zellsystems. Ab einer kritischen Temperatur (Onset) kommt es im Stage 2 zu einer exothermen Reaktion der anodischen Schutzschicht (SEI) mit dem Elektrolyten, was die Temperatur weiter ansteigen lässt.Critical for the behavior under extreme conditions, the z. B. lead by internal or external short circuits to a high temperature rise, the temperature stability of the active materials of the cell system. From a critical temperature (onset), an exothermic reaction of the anodic protective layer (SEI) with the electrolyte occurs in stage 2, which causes the temperature to rise further.

Bei einer weiteren kritischen Temperatur zerfallen der meisten Kathodenmaterialien unter interner Freisetzung von Sauerstoff, was dann zu einem Thermal Runaway führt.At another critical temperature, most cathode materials decompose with internal release of oxygen, which then results in a thermal runaway.

Mit weiterem Bezug zu den Sicherheitspuffern aus den Materialien kann festgestellt werden, dass je höher diese kritische Temperatur der Kathodenmaterialien ist, umso größer ist der Sicherheitspuffer, nimmt also in der Materialreihenfolge:
LFP > LiMn2O4 >> NCM > NCA > LCO ab.With further reference to the safety buffers from the materials, it can be stated that the higher this critical temperature of the cathode materials is, the larger the safety buffer, thus taking in the material order:
LFP> LiMn2O4 >>NCM>NCA> LCO ab.

Die Hersteller gehen aber auch Wege, bestimmte stabilere Materialien (siehe Evonik: Separion), Additive wie PCT Materialien und PTC und dergleichen und weitere vorbeigende Sicherheitselemente einzusetzen. Membrane oder Ventile gehören auch dazu. Dazu werden auch sogenannte HRL Technologien kommerziell eingesetzt oder shut-down Mechanismen zum Schutz gegen Thermal runaway angeordnet.However, the manufacturers are also taking steps to use certain more stable materials (see Evonik: Separion), additives such as PCT materials and PTC and the like, and other preventive safety elements. Diaphragms or valves are also included. These are also called HRL technologies are used commercially or arranged shut-down mechanisms for protection against thermal runaway.

Insbesondere auch sogenannte „positive-temperature-coefficient (PTC) Materialien werden in einem Blend oder als Schicht auf, unter neben oder in Elektroden bzw. Separatoren eingearbeitet. Man konnte in Ergebnissen bereits nachweisen, dass diese Maßnahme wirksam war bei etwa 90°C die Zelle elektrochemisch zu blockieren, vgl. bspw. Li (etall) in Int. J. Electrochem. Sci., 8 (2013) 5223–5231, „A Positive-Temperature-Coefficient Layer Based on Ni-Mixed Poly(Vinylidene Fluoride) Composites for LiFePO4 Electrode” :
Auf Basis organisch-anorganischer Hybridpolymere, die verglichen mit anderen Feststoffpolymeren eine hohe intrinsische ionische Leitfähigkeit zeigen (bis zu 10 –4 S/cm), werden verschiedene Komposite entwickelt. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften werden funktionalisierte Silicat- oder Keramikpartikel eingearbeitet. So entstehen Materialien mit einer wesentlich geringeren Flammbarkeit sowie höherer thermischer Stabilität.In particular, so-called "positive-temperature-coefficient (PTC) materials are incorporated in a blend or as a layer, below or in electrodes or separators. It could already be shown in results that this measure was effective at about 90 ° C to electrochemically block the cell, cf. for example. Li (etall) in Int. J. Electrochem. Sci., 8 (2013) 5223-5231, "A Positive-Temperature-Coefficient Coefficient Layer Based on Ni-Mixed Poly (Vinylidene Fluoride) Composites for LiFePO4 Electrode" :
On the basis of organic-inorganic hybrid polymers, which show a high intrinsic ionic conductivity compared to other solid polymers (up to 10 -4 S / cm), various composites are being developed. To improve the mechanical properties of functionalized silicate or ceramic particles are incorporated. This results in materials with a significantly lower flammability and higher thermal stability.

Untersuchungen der DLR haben ergeben, dass es auch zu Brandfällen mit PTC oder PTC Materialien in/an Elektroden gekommen ist, bei denen die Batterie nur zu 50% geladen war. D. h. in diesem Kontext ist die Erfindung von besonderer Bedeutung überall dort, wo es in hohem Maße auf Sicherheit und Gefährdungsfreiheit ankommt, etwa bspw. auch in einem Flugzeug, einem Boot oder einer militärischen Einrichtung.DLR investigations have also shown that PTC or PTC material fires occurred in / at electrodes in which the battery was only 50% charged. Ie. In this context, the invention is of particular importance wherever it is highly important to safety and freedom from danger, such as. In an airplane, a boat or a military device.

2004 gab es in Memphis/FedEx offenbar ein solcher Brandereignis in einer 2s66p großen Batterie dadurch, dass das PTC einen Fehler hatte oder bekam, wobei die Batterie sogar nur in einem vermeintlichen sicheren Bereich des Ladezustandes vom 50% SOC gewesen sein soll.In 2004, Memphis / FedEx apparently had such a fire event in a 2s66p battery because the PTC had or gotten a fault, and the battery should have been in a supposed safe range of 50% SOC charge level.

Die mechanische Einwirkung bei Unfällen mit Elektroautos kann auch über Zellkurzschlüsse zu einer Temperaturerhöhung mit starker Innendruckerhöhung durch Elektrolytverdampfung und schließlich zum Bersten der Zellen mit Elektrolytaustritt und zum Elektrolytbrand führen. Durch die dadurch weiter ansteigende Temperatur (Thermal Runaway) kann es sicherlich in einem zweiten Schritt zur Sauerstofffreisetzung aus dem Kathodenmaterialien wie LiNiCoAlO2 (NCA) kommen, die zu quasi Explosionserscheinungen führen kann.The mechanical effect of accidents with electric cars can also lead to cell short circuits to a temperature increase with a strong increase in internal pressure by evaporation of electrolyte and finally bursting of the cells with electrolyte leakage and the electrolyte fire. Due to the further increase in temperature (thermal runaway), it can certainly come in a second step to the oxygen release from the cathode materials such as LiNiCoAlO2 (NCA), which can lead to quasi-explosive phenomena.

Dabei wird oder werden signifikant Gas oder Brandgase, hier für die Erfindung im Folgenden auch Brandgase genannt, freigesetzt, deren Menge und Intensität der Freisetzung aber von Fall zu Fall abhängig von konkreten Gegebenheiten ist, gemessen wurden bis zu 7 Liter pro Amperestunde im Fall von Lithium-Ionen Batterien. Bestimmte Batteriesysteme mit Lithiumeisenphosphate und PVDF/Anoden mit Grafit zeigen höhere Gasmengen als Lithiumeisenphosphate und SBR/Anoden mit Grafit oder Mischoxidsystemen mit einem NMC (Nickel-Mangan-Kobalt), optional mit Lithiummanganat ergänzt oder eingemischt.In this case, gas or combustion gases, here also called fire gases for the invention, are released or released, but their quantity and intensity of release is dependent on specific circumstances on a case-by-case basis, measured up to 7 liters per ampere hour in the case of lithium -Ione batteries. Certain battery systems with lithium iron phosphates and PVDF / anodes with graphite show higher gas volumes than lithium iron phosphates and SBR / anodes with graphite or mixed oxide systems with a NMC (nickel manganese cobalt), optionally with lithium manganate added or mixed.

Bei auslaufendem Benzin im Beispiel eines Hybridfahrzeugs mit Benzinmotor braucht man eine Zündquelle (die in der Regel im Fahrzeug auch vorhanden ist). Bei Batterien kann sich das System durch einen Kurzschluss aber auch selbst entzünden. Benzinbrände sind in der Regel schwerer beherrschbar und breiten sich auf das gesamte Fahrzeug aus. Batteriebrände wurden auch schon durch Ausrüstungen oder Gerätfehler generiert, wie bspw. elektronische Zigaretten oder Taucherlampen.With outgoing gasoline in the example of a hybrid vehicle with gasoline engine one needs an ignition source (which is usually also present in the vehicle). With batteries, the system can ignite due to a short circuit or even self-ignition. Gasoline fires are usually more difficult to control and spread to the entire vehicle. Battery fires have also been generated by equipment or device errors, such as electronic cigarettes or diving lights.

Solche Gerätefehler können auch durch Bedienfehler oder Ladegeräte, resp. Wechselrichter oder die Bordelektronik eines Fahrzeugs erzeugt werden.Such device errors may also be due to operator error or chargers, resp. Inverter or the on-board electronics of a vehicle are generated.

Im Sinne der Erfindung sind die Batterien durch eine angeordnete Abtrennung quantitativ je nach Leistungsvermögen der Brandgasbindungseinrichtung oder der örtlichen Verhältnisse in quasi eigene Brandschutzabschnitte ge- oder aufgeteilt.For the purposes of the invention, the batteries are quantitatively divided by an arranged separation depending on the performance of the fire gas binding device or the local conditions in quasi own fire protection sections.

Dabei kann die Abtrennung als stabiliserendes Element verstanden werden, welches insbesondere einer möglichen gefährlichen Hitze und Druck usw. standhält. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind dies T-Profile die horizontal oder vertikal und oder beides oder in Kombination in eine bekannte Verpackungslösung aus zugelassenen Kartons oder UN-4D Kisten auf einer Palette darin integriert werden. Dies wird noch beispielhaft näher erläutert.In this case, the separation can be understood as a stabilizing element, which in particular withstands a possible dangerous heat and pressure, etc. According to an advantageous embodiment, these are T-profiles which are integrated horizontally or vertically and or both or in combination into a known packaging solution of approved cartons or UN-4D boxes on a pallet therein. This will be explained in more detail by way of example.

Dabei sind die genannten Materialien oder Marken nur beispielhaft angeführt, es sind natürlich die jeweiligen Materialgruppen, Derivate, andere geeignete Materialien oder dergleichen erfindungsgemäß eingeschlossen.In this case, the materials or brands mentioned are given by way of example only, it is of course the respective material groups, derivatives, other suitable materials or the like included according to the invention.

Vorteilhaft besteht eine Abtrennung lediglich aus einem beständigen Blech oder Stahl oder Verbundmaterial, das kann auch Holz oder Kunststoff basiert sein.Advantageously, a separation consists only of a durable sheet or steel or composite material, which may also be based wood or plastic.

Von besonderem Vorteil ist es, diese Module oder Batterien/Zellen durch eine Abtrennung mit Isolationsmaterial wie einem zu 1000°C schmelzsicheren Material wie bspw. einer Ingenieurkeramik wie im Folgenden beschrieben oder einem Material wie Microtherm Platten oder Formkörper wie Zylinder daraus zur Umwicklung bei zylindrischen Batterien (Großformatig), 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.It is particularly advantageous for these modules or batteries / cells by separation with insulating material such as a 1000 ° C melt-resistant material such as an engineering ceramics as described below or a material such as Microtherm plates or moldings such as cylinders thereof for wrapping in cylindrical batteries (Large format), side complaint and as Box without a fixed lid or simply to use as foreclosure to the next module. It is of inventive advantage that a material on the surface or in the first layer when overtemperature occurs, because the lower layers or the other material maintains its insulating and protective function up to the so-called cascade effect, ie the burning of an element or module due to the heat transfer from the outside, to exclude.

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 ist.This is particularly advantageous because only under certain circumstances a locally easily controllable overheating or fire event from a cause such as an internal short circuit occurs, which is then locally well controlled.

Vorteilhaft ist daher die Auskleidung oder Isolation der vorzüglich flüssigkeitsdichten Abtrennung durch geeignete Ingenieurkeramiken oder deren Belegung mit Pyrobubbles. 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.Advantageously, therefore, the lining or insulation of the excellent liquid-tight separation by suitable engineering ceramics or their occupation with Pyrobubbles. According to a particular embodiment, these ceramics are applied in multiple layers and can optionally be arranged or embedded with special sealing materials + fibers. Because of the described problem of the occurrence of HF or the rapid thermal cycling, a carbide ceramic or a derivative thereof is advantageous according to the invention.

Diese Karbid Keramiken sind vorzüglich erfindungsgemäß vorteilhaft zur Auskleidung auch als Abtrennung 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 Brandgasbindungseinrichtung bildet. Vorteilhaft bauen diese Anordnungen auch ggf. einen Druckanstieg gut ab. Vorteilhaft ist die direkte ausreichend formschlüssige Verbindung eines solchen Hohlzylinders mit der Brandgasbindungseinrichtung.These carbide ceramics are excellently advantageous according to the invention also used for the lining as a separation or form laterally shaped body, which at least partially enclose a battery or a - module. Engineered ceramics of the type described withstand more than 1200 ° C at rapid temperature changes, against these shocks combine the property of RF resistance, so that such ceramics as carbides, especially recrystallized silicon carbide according to a particular inventive embodiment are excellently suitable. The geometric shape of a hollow cylinder around a battery module, according to a particular modification of an inventive detailed solution, ensure that the resulting heat and the gases are better dissipated and no congestion forms over the combustion gas binding device. Advantageously, these arrangements also possibly reduce pressure rise well. Advantageously, the direct sufficiently positive connection of such a hollow cylinder with the combustion gas binding device.

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.According to a further modification, the ceramic can also be made of NSI or SSn or ATI (aluminum titanate) as well as RSCI or derivatives and combinations thereof also with one of the materials described herein in an inventive manner.

Vorteilhaft sind Keramiken, ggf. mit Sonderdichtstoffen und Fasern oder aus Verbundwerkstoffen und dergleichen jeder Art mehrlagig ausgebildet.Ceramics, if necessary with special sealants and fibers or composite materials and the like of any type, are advantageously multi-layered.

In einer vorteilhaften Ausführung werden Glasfasern eingesetzt.In an advantageous embodiment, glass fibers are used.

Gemäß einer Abwandlung besteht die Abtrennung aus abgedichtetem GFK aus einem Recyclingprozess, welcher mit solchen Keramiken mehrlagig ausgelegt oder beschichtet, beklebt verspannt und dergleichen ist.According to a modification, the separation of sealed GRP consists of a recycling process, which is multilayered or coated with such ceramics, glued braced and the like.

Erfinderisch vorteilhaft und überraschend wurde gefunden, dass diese Keramiken, Schaumbildner oder auch Microtherm 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.Inventively advantageous and surprising it was found that these ceramics, foaming agent or Microtherm could effectively prevent a cascade effect in the described exemplary arrangements or combinations. Thus, a significant contribution to containment of an event for energy storage has been advantageously provided. Other energy stores were not infected.

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 Schutzansprüche vorgegebenen Umfang und Bereich abgewandelt und erweitert werden kann.Although the present invention has been described above with reference to specific embodiments and the example in its essential features, it is understood that the invention is not limited to these embodiments, but can be modified and extended in the scope and range specified by the protection claims.

In einer Abwandlung wird eine Abtrennung 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.In a modification, a separation of the battery is arranged with a partially flexible Microtherm insulation, which directly covers the modules on all sides, enclosing the edges and is closed so that it withstands a local overpressure from the energy storage stand. Excellent are Velcro closures, seams, gluing and the like.

Gemäß einer weiteren Abwandlung sind die Außenwände mit der beschriebenen Ingenieurkeramik ausgekleidet und mit Microtherm zusätzlich gepolstert.According to a further modification, the outer walls are lined with the described engineering ceramics and additionally padded with Microtherm.

In einer weiteren Abwandlung bestehen die Abtrennung 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 beschichtetes, beklebtes oder beplanktes Teil sein und dergleichen.In a further modification, the separations consist of Microtherm or are coated with it, wherein only every second battery or every third module is additionally protected with a ceramic unit. This ceramic unit may be a coated, glued or planked part and the like.

Vorteilhaft sind Überdruckentlastungen auch an in oder am oder um den Energiespeicher, gemeint ist dessen Gehäuse, vorgesehen, die vorzugsweise als Sollbruchstellen, Membranen oder Bersteinrichtungen (Berstscheiben) oder Ventilen und dergleichen bestehen können. Vorteilhaft ist es zumindest eine solche Einrichtung anzuordnen.Advantageously, overpressure reliefs are also provided in or on or around the energy store, meaning the housing thereof, which can preferably consist of predetermined breaking points, membranes or bursting devices (rupture disks) or valves and the like. It is advantageous to arrange at least one such device.

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, dass eine solche Einrichtung gezielt auf mehrere Abtrennungen konzentriert werden kann. Dies ist effizienter bei gleich hoher Reaktionsgeschwindigkeit.Another modification has a special, triggering and covering insulation layer, preferably glass and glassy or ceramic or -like particles such as beads, tubes, granules are arranged next to or above the energy storage. Also, glass foam or Keramikschaumbildner are advantageous. If there is a fire, they can trickle out of the preferably higher-ranking isolation part and trickle over and between the affected part of the energy storage device and exert their insulating and protective function. In this case, a feed device optionally acts, for example an automatic recognition and conveying device which conveys and distributes the material to the event location via an electronic control and measuring device. This has the advantage that such a device can be specifically focused on several separations. This is more efficient at the same high reaction rate.

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, bis zur jeweiligen Abtrennung.But of particular advantage is also a system that uses gravity. In this case, the free-flowing material is arranged excellently over the energy store and is released by the occurrence of heat, such as by melting away a membrane or opening a predetermined breaking point of a plastic. Thus trickles down to the event location, local, until the respective separation.

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 lokal 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.It is advantageous here that this occurs somewhat temporarily delayed and quasi temporally delayed trickles on the affected event location or the battery storage and finally at least partially covered, because on the one hand, the pressure from the event locally better degrades and thus it does not come to a sudden release Not even by a delayed burning and pressure build-up, because the material successively restricts the reaction, especially by massive absorption of dangerous heat.

Gemäß einer besonderen Abwandlung rieselt das Material dann zwischen die Abtrennung 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 Abtrennung angeordnete beschrieben Isolierung dünner ausgestalten kann, nur im Ernstfall würde dies verstärkt. Eine Schicht von Schaumbildnern von 3 cm kann Wärme bis 1000°C standhalten resp. aufnehmen. Eine weitere Abwandlung würde für das über den Abtrennung und dem Energiespeicher gespeicherte rieselfähige Material mit Sollbruchstellen versehen, die durch eine Brandmeldeanlage ausgelöst werden.According to a particular modification, the material then trickles between the separation and energy storage initially and supports or strengthens the already arranged insulation at the site. This has the advantage that one can make thinner, described to, between the separation etc. described described insulation thinner, only in an emergency, this would be reinforced. A layer of foaming agents of 3 cm can withstand heat up to 1000 ° C resp. take up. A further modification would be provided for the over the separation and the energy storage stored flowable material with predetermined breaking points, which are triggered by a fire alarm system.

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.According to a further modification, this could be done or triggered by self-firing fire-extinguishing devices or by means of a propellant charge, for example from an airbag. In the latter case, the propellant charge of the airbag or the airbag itself would rupture or destroy the above-described retention membrane for the flowable material enough to allow enough material to trickle out.

Vorteilhaft kann wenn es um einen Elektrofahrzeug regelmäßig auf eine Abtrennung innerhalb des Energiespeichers auch verzichtet werden, weil man dort ggf. bereits thermisch stabile Materialien in Anordnungen umgesetzt hat.Advantageously, it can also be dispensed with when it comes to an electric vehicle regularly on a separation within the energy storage, because if necessary, there has already implemented thermally stable materials in arrangements.

Erfindungsgemäß wird hier vorgeschlagen, im Beförderungsfall eine Abtrennung um das Elektrofahrzeug oder in Abhängigkeit von der Größe der Batterien (kwh) einzelne Beförderungseinheiten zu bilden, die dann zu einer ausreichenden Brandgasbindungseinrichtung korrespondieren. Vorteilhaft und effizient kann dies so geschehen, dass redundante Brandgasbindungseinrichtungen mehrere Beförderungseinheiten absichern.According to the invention, it is proposed in this case to form a separation around the electric vehicle or, depending on the size of the batteries (kwh), individual transport units in the transport case, which then correspond to a sufficient combustion gas binding device. Advantageously and efficiently, this can be done so that redundant fire gas binding devices secure several transport units.

Von besonderem Vorteil ist, dass eine erfindungsgemäße Abtrennung auch den sonstigen Aufbau der Verpackungseinheit oder der Batterie oder – Anordnung stabilisiert, auch bei gefährlicher Hitze und/oder diese nicht auf andere Batterien überträgt.It is particularly advantageous that a separation according to the invention also stabilizes the other construction of the packaging unit or the battery or arrangement, even in the case of dangerous heat and / or does not transfer this to other batteries.

Eine solche erfindungsgemäße Abtrennung kann auch durch eine „Cap” kappenartige überklappende Einrichtung hergestellt werden, die also etwa über eine Palette Batterien kippt, durchfällt oder eine geeignete Kappe aus flexiblen oder teilflexiblen Materialien im Kontext der Beschreibung als Abtrennung raumbildend und abgrenzend etwa beispielhaft über eine Palette Batterien ausbildet.Such a separation according to the invention can also be produced by a "cap" cap-like device that tilts about a pallet of batteries, falls through or a suitable cap of flexible or partially flexible materials in the context of the description as a partition space-forming and demarcating example of a pallet Batteries training.

Solche geeigneten Materialien können aus bereits hier beschriebenen Materialien oder solchen wie fiberseal evolution oder fibersschield, geeigneten Löschdecken, Feuerschutzplanen oder Matten und dergleichen bestehen.Such suitable materials may consist of materials already described herein or such as fiberseal evolution or fibersschield, suitable fire blankets, fire curtains or mats, and the like.

Von besonderem Vorteil ist, dass die Abtrennung, die ja auch die Verpackungseinheit oder ggf. die Batterie stabilisiert, im hier genutzten Beispiel einer Palette mit Lithium-Ionen Batterien in Boxen mit der beschrieben „Cap” Lösung, die eine Abtrennung ausbilden kann, so zusammen angeordnet ist, dass diese stabil aber ebenso demontierbar wie andere Teile einer erfinderischen Abtrennung zur Stabilisierung im Brandfall wirksam beiträgt.It is particularly advantageous that the separation, which indeed stabilizes the packaging unit or possibly the battery, in the example used here, a pallet with lithium-ion batteries in boxes with the described "cap" solution, which can form a separation, so together is arranged that this stably but also dismantled as other parts of an inventive separation for stabilization in case of fire effectively contributes.

Die Abtrennung kann alleine oder in Kombination mit anderen Einrichtungen angeordnet sein. Vorzugsweise können mindestens eine Abtrennung oder Teile einer Abtrennung stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit mindestens einer weiteren Einrichtung verbunden sein.The separation may be arranged alone or in combination with other devices. Preferably, at least one partition or parts of a partition can be connected in a material-locking and / or form-fitting manner to at least one further device.

Die Abtrennung und bspw. die Brandgasbindungseinrichtung und/oder auch die Batterie können in diversen Formen und Anordnungen mit anderen Einrichtung oder irgend gekoppelt angeordnet sein. Die Abtrennung kann vorzugsweise eine Funktionssensorik oder eine Elektronik beinhalten. Dies kann nach einer besonders vorteilhaften beispielhaften Ausführung so angeordnet dass Parameter oder ein Parameter wie beispielweise die Temperatur ständig überwacht, übertragen oder visualisiert werden können. Dies wird an einem vorzüglichen Ausführungsbeispiel näher erläutert.The separation and, for example, the combustion gas binding device and / or the battery can in various forms and arrangements with be arranged other device or any coupled. The partition may preferably include a functional sensor or electronics. This can be arranged according to a particularly advantageous exemplary embodiment so that parameters or a parameter such as the temperature can be constantly monitored, transmitted or visualized. This will be explained in more detail in an exemplary embodiment.

Die Abtrennung, die Batterie, die Brandgasbindungseinrichtung können auch in vorteilhaft in Wirkbeziehungen oder in keinen Wirkbeziehungen stehen, auch mit anderen Einrichtungen.The separation, the battery, the combustion gas binding device can also be advantageous in operative relationships or in no operative relationships, even with other devices.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Brandgasbindungseinrichtung vorteilhaft auch eine Brandlöscheinrichtung, die auch mit herkömmlichen Anlagen wie Sprinkler, oder Intertisierungen oder inerten Abdeckungen mit Schaumbildnern kombinatorisch oder integriert betrieben werden kann.For the purposes of the present invention, a fire gas binding device is advantageously also a fire-extinguishing device which can also be operated combinatorially or integrated with conventional systems such as sprinklers, or intertizations or inert covers with foaming agents.

Vorteilhaft ist, wenn die Brandgasbindungseinrichtung gemeinsam oder separat mit der Abtrennung die Stabilität der Abtrennung oder, um im Beispiel der Palette mit Lithium-Ionen Batterien zu bleiben, diese im Brandfall mit stabilisiert. Von besonderem Vorteil und volumetrisch wie gravimetrisch optimiert ist eine Anordnung von Brandgasbindungseinrichtung und Abtrennung, die gleichzeitig als Zuführung von Material für die Brandgasbindungseinrichtung angeordnet ist. Besonders vorteilhaft wird dies reversibel entkoppelbar gestaltet um besonders für die Beförderung mehrwegfähig und flexibel zu sein.It is advantageous if the combustion gas binding device together or separately with the separation, the stability of the separation or, to remain in the example of the range with lithium-ion batteries, this stabilized in the event of fire. Of particular advantage and optimized volumetrically as gravimetrically is an arrangement of combustion gas binding device and separation, which is arranged at the same time as a supply of material for the combustion gas binding device. This is particularly advantageous reversibly decoupled designed to be reusable and flexible especially for transport.

Vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Brandgasbindungseinrichtung ein Heißschaum-Anlage einzusetzen, welche ohne aufwendige Baumaßnahmen eine sichere Löschung erzielt. Das Prinzip dieses Löschverfahrens beruht hierbei auf die Ansaugung rauchgefüllter Luft (0°–1.200°C) aus dem zu schützenden, erfindungsgemäß abgetrennten 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 schnell Luft entzogen wird.Advantageously, a fire gas bonding device according to the invention is to use a hot foam plant, which achieves a safe deletion without expensive construction measures. The principle of this extinguishing method is based on the intake of smoke-filled air (0 ° -1,200 ° C) from the protected area to be protected according to the invention. The resulting gray foam (relatively dry) fills the shelter within a few minutes. There is virtually no pressure build-up an exchange of smoke-containing air to smoke-containing foam instead. It is advantageous that air is quickly removed.

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), handelbar ist.It is advantageous, if necessary, to design this system in particular oversized in such a way that the practical amount of smoke of the maximum event, which can be determined according to the design, ie the arranged measures described (depending on the battery system divers), can be traded.

Für Lithium-Ionen Batterien wurde der maximale, jetzt bekannte Anfall in Litern Rauchgas beschrieben. Es ist zu berücksichtigen, dass beim Thermal Runaway, bspw. der Metalloxidzersetzung, der Treiber ja mit Sauerstoff selbst aus dem Material generiert wird.For lithium-ion batteries, the maximum, now known, seizure in liters of flue gas has been described. It has to be taken into account that during the thermal runaway, eg the metal oxide decomposition, the driver is indeed generated with oxygen itself from the material.

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 in seiner erfindungsgemäß vorgeschlagenen Abtrennung.Due to the complete binding of the smoke produced at the source of the fire, no smoke / particles enter the atmosphere and very rapid extinguishment occurs in all areas of the room to be protected in its separation proposed according to the invention.

Der bspw. 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.The example. After about 9 hours decomposed foam can be sucked off and disposed of. The hot foam extinguishing system fulfills extinguishing properties in certain exceptional fire load situations. Other systems, such as water mist, compact foam, steam, suppression, inhibition or PyroBubbles systems are optional.

Ein Brand von Lithium, welches auch in Akkumulatoren (Lithium-Ionen Akkus oder Lithium-Polymer Akkus) verwendet wird, ist schwer prädikativ zu detektieren und zu löschen. Lithium selbst brennt in der Entstehungsphase, mit einer hellblauen Flamme, die schwer zu detektieren ist. Bei einem Lithium Brand, entstehen im Zentrum Temperaturen von um 2000°C.A fire of lithium, which is also used in accumulators (lithium-ion batteries or lithium-polymer batteries), is difficult to predicatively detect and extinguish. Lithium itself burns in the formation phase, with a light blue flame that is difficult to detect. In the case of a lithium fire, temperatures of around 2000 ° C develop in the center.

Durch eine Löschanlage, die mit Wasser, Sprühnebel oder Wassernebel löscht, ist dieses Feuer nicht zu löschen. Ein unsensibel falsch oder in einem falschen Szenario zum falschen Zeitpunkt eingesetztes Löschmittel kann sogar zu Explosionen oder Beförderung des Brandes führen. Da Lithium zu der Brandklasse D gehört, welche zu den schwer zu beherrschenden Metallbränden gehört, ist bisher der Brandschutz und das Löschen ein viel betrachtetes Problem. Zum Löschen von Lithium-Bränden werden insbesondere zwei Möglichkeiten auch diskutiert. Löschen mit Wasser oder das Abdecken mit Sand, Öl, Metallbrandlöscher etc.An extinguishing system which extinguishes with water, spray mist or water mist does not extinguish this fire. An extinguishing agent that is insensitive or incorrectly used in the wrong scenario at the wrong time may even lead to explosions or transport of the fire. Since lithium belongs to the fire class D, which is one of the hard-to-control metal fires, so far the fire protection and extinguishing a much-considered problem. For deleting lithium fires in particular two options are also discussed. Extinguish with water or cover with sand, oil, metal fire extinguisher etc.

Das Abdecken mit Sand, Öl oder einem Metallbrandpulverlöscher entzieht dem Brandherd nur den zur Verbrennung notwendigen Sauerstoff. Damit ist zwar die Verbrennung unterdrückt aber das Problem nicht gelöst. Diese Methode birgt auch ein nicht unerhebliches Gefährdungspotential in sich: Bei Entfernen der Abdeckung kann durch die schlagartige Sauerstoffzufuhr zum heißen Schwelherd eine starke Verpuffung auftreten. Des Weiteren wird mit dieser Methode kaum gekühlt, d. h. die Reaktion zwischen dem Lithium und organischen Bestandteilen der Batterie, wie z. B. dem Elektrolyten, werden nicht unterdrückt.Covering with sand, oil or a metal fire extinguisher removes only the oxygen necessary for combustion from the source of the fire. Although the combustion is suppressed but the problem is not solved. This method also entails a not insignificant hazard potential: When the cover is removed, a strong deflagration may occur due to the sudden supply of oxygen to the hot smoldering point. Furthermore, this method hardly cooled, d. H. the reaction between the lithium and organic components of the battery, such as. As the electrolyte, are not suppressed.

Sowohl bei der Reaktion des Lithiums mit dem Elektrolyten (oder anderen organischen Substanzen) als auch bei der Reaktion des Lithiums mit dem Löschwasser entsteht Wasserstoff. Dieser Wasserstoff kann unter Umständen mit der Umgebungsluft zündfähige Gemische bilden. Wasserstoff/Luft-Mischungen sind in einem sehr weiten Mischungsverhältnis zündfähig (4 bis 75 Vol.-% H₂ in Luft) und sie benötigen eine sehr niedrige Zündenergie (~ 0,02 mJ), so dass bereits geringe elektrostatische Entladungen als Zündquelle ausreichen. Im Mischungsbereich von 18 bis 59 Vol.-% sind Wasserstoff/Luft Mischungen detonationsfähig.Both in the reaction of lithium with the electrolyte (or other organic substances) as well as in the reaction of lithium with the extinguishing water produces hydrogen. This hydrogen may be with the Ambient air form ignitable mixtures. Hydrogen / air mixtures are ignitable in a very wide mixing ratio (4 to 75 vol .-% H ₂ in air) and they require a very low ignition energy (~ 0.02 mJ), so that even low electrostatic discharges are sufficient as a source of ignition. In the mixing range of 18 to 59% by volume, hydrogen / air mixtures are capable of detonation.

Beim löschen mit Wasser entsteht auch hier Knallgas. Sie sind daher besonders gefährlich. Diese Brände der Kategorie ”D” stellen ausgesprochene Sonderfälle dar, die nur äußerst selten auftreten und einer ganz besonderen Taktik bedürfen. Brennende Metalle können Temperaturen von über 1000 Grad Celsius erreichen.When extinguishing with water, it also produces oxyhydrogen. They are therefore particularly dangerous. These fires of category "D" are very special cases, which occur only very rarely and require a very special tactic. Burning metals can reach temperatures of over 1000 degrees Celsius.

Bei diesen Temperaturen wird Wasser bereits in seine Bestandteile aufgetrennt. Die beiden Gase Wasserstoff und Sauerstoff, die dadurch entstehen, bilden ein Knallgas-Gemisch, das sofort explosiv reagiert. Versucht man einen Metallbrand mit Wasser zu löschen, so verursacht man dadurch also eine gewaltige Explosion.At these temperatures, water is already separated into its constituents. The two gases hydrogen and oxygen, which are formed by it, form a blast gas mixture, which reacts immediately explosive. If you try to extinguish a metal fire with water, you cause a huge explosion.

Erfindungsgemäß von besonderem Vorteil ist es, als Brandgasbindungseinrichtungen hier vorzüglich Heißschaumanlagen einzusetzen, hier wird ein Gemisch aus etwa 97% Wasser und 3% Schaumkonzentrat mit hoher Viskosität in einem Heißschaumgenerator bis auf das 600-fache Volumen aufgeschäumt. Der Schaum wird gegen ein Sieb gepresst, wonach die aufsteigenden Rauchgase in den viskosen Schaumblasen gebunden werden.According to the invention, it is particularly advantageous to use hot-foam systems as fire-gas binding devices, in this case a mixture of about 97% water and 3% foam concentrate with high viscosity is foamed up to 600 times the volume in a hot-foam generator. The foam is pressed against a sieve, after which the rising flue gases are bound in the viscous foam bubbles.

Da der Schaum sich vornehmlich mit Hilfe der an der Decke sammelnden Rauchgase bildet, entfällt also der Einbau von Druckentlastungsöffnungen. Der Schaum fällt mitsamt der gebundenen Rauchgase in Richtung Boden des zu schützenden Objektes und füllt dessen Innenraum innerhalb weniger Minuten aus.Since the foam forms primarily with the help of the flue gases collecting on the ceiling, the installation of pressure relief openings is therefore no longer necessary. The foam falls together with the bound flue gases towards the bottom of the object to be protected and fills its interior within a few minutes.

Heißschaumlöschanlagen können als erfindungsgemäße Brandgasbindungseinrichtungen auch mit Sprinkleranlagen oder ähnlichen technischen Löschmöglichkeiten vorteilhaft kombiniert werden.Hot foam extinguishing systems can be advantageously combined as inventive fire gas binding devices with sprinkler systems or similar technical extinguishing possibilities.

Um nun besonders hohe Brandlasten von Batterien beherrschen zu können, ist es zweckmäßig ein Heißschaum Löschverfahren einzusetzen, welche ohne die aufwendigen Baumaßnahmen eine sichere Löschung erzielt. Das Prinzip dieses Löschverfahrens beruht hierbei auf der Ansaugung rauchgefüllter Luft (0°–1.200°C) aus dem zu schützenden Raum oder der Batterie bzw. deren Verpackung. Der dabei entstandene graue Leichtschaum (relativ trocken) füllt den durch die Abtrennung erreichten Schutzraum innerhalb weniger Minuten. Es findet praktisch ohne Druckaufbau ein Austausch von Rauch enthaltender Luft zu Rauch enthaltenden Schaum statt.In order to be able to control particularly high fire loads of batteries, it is expedient to use a hot foam extinguishing method, which achieves a safe deletion without the complex construction measures. The principle of this extinguishing method is based on the intake of smoke-filled air (0 ° -1,200 ° C) from the room to be protected or the battery or its packaging. The resulting light gray foam (relatively dry) fills the shelter reached by the separation within a few minutes. There is virtually no pressure build-up an exchange of smoke-containing air to smoke-containing foam instead.

Durch das vollständige Binden des am Brandherd entstandenen Rauches, gelangt kein Rauch 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.Due to the complete binding of the smoke produced at the source of the fire, no smoke is released into the atmosphere and very fast extinguishment occurs in all areas of the room to be protected. The decomposed foam after approx. 9 hours can be sucked off and disposed of.

Dieses Heißschaum Feuerlöschsystem (Smoke Foam) ist also auch eine sinnvolle Alternative zu konventionellen Feuerlöschverfahren. Es löscht den Brand sehr schnell durch vollständige Schaumverfüllung ohne Druckaufbau. Dies ist im Kontext der Erfindung vorteilhaft, weil im Falle von Batterien Elektrolytbrände als Vorläufer von Thermal Runaway sicher ablöschen lassen.This hot foam fire extinguishing system (Smoke Foam) is also a useful alternative to conventional fire extinguishing. It extinguishes the fire very quickly by full foam filling without pressure build-up. This is advantageous in the context of the invention because, in the case of batteries, electrolyte fires can be safely quenched as precursors of thermal runaway.

Vorteilhaft ist, dass durch den Wegfall der nicht benötigten elektrischen Schaumgeneratoren, Schaumtore und Druckentlastungsöffnungen und deren Steuerungen, dieses Löschverfahren eine durchaus effiziente und sicherere Feuerlöschlösung sichert.It is advantageous that by eliminating the unnecessary electric foam generators, foam gates and pressure relief openings and their controls, this deletion ensures a thoroughly efficient and safer fire extinguishing solution.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen in Zusammenhang mit der Figur. Dabei zeigt die:Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of examples in conjunction with the figure. It shows:

1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Palette, bspw. für eine Flugbeförderung von UN 3480 Lithium-Ionen Batterien mit Abtrennung und Brandgasbindungseinrichtung (Schaumbildner) 1 schematically a first embodiment of a pallet, eg. For a flight from UN 3480 Lithium ion batteries with separation and combustion gas binding device (foaming agent)

1 zeigt eine Palette mit UN 3480 Lithium-Ionen Batterien, exemplarisch mit einer beispielhaften Ausführung eines Feuerschutzvorhangs (4) als Abtrennung (4, 1) und stabilisierender Abtrennung (6), die mit der Brandgasbindungseinrichtung (1–3) kombiniert ist. Thermische Sensoren (5) sind mit der Wirkeinrichtung der Brandgasbindungseinrichtung verbunden. 1 shows a palette with UN 3480 Lithium ion batteries, exemplified by an exemplary embodiment of a fire protection curtain ( 4 ) as a separation ( 4 . 1 ) and stabilizing separation ( 6 ) connected to the combustion gas binding device ( 1 - 3 ) is combined. Thermal sensors ( 5 ) are connected to the active device of the combustion gas binding device.

Die Brandgasbindungseinrichtung (1–3) deren Vorrat aus diversen Quellen oder einem integrierten oder separaten Behälter gespeist werden kann, ist als automatische Heißschaum (Smoke Foam) Löschanlage angeordnet.The combustion gas binding device ( 1 - 3 ) whose supply can be fed from various sources or an integrated or separate container is arranged as an automatic hot foam (Smoke Foam) extinguishing system.

Der Heißschaumgenerator (hier nur 3 Düsen mit Sieb, keine Elektrik) ist geschützt. Die rauchhaltige Luft wird in der Abtrennung gehalten, in rauchhaltigen Schaum (Rauchbindung) umgewandelt und alles ohne Druckaufbau. Durch die Anordnung der Wirkeinrichtung werden jegliche Größen und Verzweigungen erreicht. Nach ca. 8 Stunden können die Schaumreste abgesaugt werden. Der nicht betroffene Teil kann weiter verwirtschaftet werden.The hot foam generator (here only 3 nozzles with sieve, no electricity) is protected. The smoke-containing air is kept in the separation, converted into smoke-containing foam (smoke binding) and everything without pressure build-up. The arrangement of the device means any sizes and branches are achieved. After about 8 hours, the Foam residues are sucked off. The unaffected part can be further managed.

Die Branderkennung erfolgt mittels faseroptischer Lösung. Die verteilte faseroptische Temperaturmesstechnik, ein faseroptisches Laserradar-Temperaturmessverfahren, nutzt die Temperaturabhängigkeit bestimmter optischer Eigenschaften von Lichtwellenleitern zur ortsaufgelösten Erfassung der Temperatur entlang eines Temperatursensorkabels. Dabei ist die temperaturbedingte Schwingungsbewegung der Gitterbausteine des Glases die wesentliche Ursache für die Wechselwirkung des Laserlichtes mit diesen Gitterbausteinen.The fire detection takes place by means of fiber optic solution. Distributed Fiber Optic Temperature Measurement, a fiber optic laser radar temperature measurement technique, exploits the temperature dependence of certain optical properties of optical fibers for spatially resolved temperature sensing along a temperature sensor cable. The temperature-induced vibration movement of the lattice components of the glass is the main cause of the interaction of the laser light with these lattice components.

Bei der Messung werden kurze Laserlichtimpulse in die Glasfasern des Temperatursensorkabels eingekoppelt. Ein geringer Teil des Laserlichtes wird zurückgestreut. Neben dem Hauptpeak mit der eingestrahlten Wellenlänge (sogenannter Rayleigh-Peak) enthält das Rückstreuspektrum weiterhin je ein sogenanntes Stokes- und ein Anti-Stokes-Band (Raman-Effekt), die in ihrer Wellenlänge jeweils zu geringeren bzw. größeren Wellenlängen hin verschoben sind. Insbesondere die Intensität des Anti-Stokes-Bandes ist streng temperaturabhängig. Durch die zeitaufgelöste Messung der Intensitäten der Stokes(IS)- und Anti-Stokes(Ia)-Bänder kann in eindeutiger Weise die Temperatur und der Ort des Lichtwellenleiterabschnitts, aus dem das Licht zurückgestreut wurde, berechnet werden. Dabei handelt es sich um die mittlere Temperatur desjenigen Längenabschnitts, aus dem das rückgestreute Licht innerhalb eines bestimmten Zeitfensters stammt. Das Auswertegerät verknüpft die Intensitätsmessung mit einer Laufzeitmessung des Lichts im Lichtwellenleiter und liefert auf diese Weise die Temperaturwerte sämtlicher Längenabschnitte.During the measurement, short laser light pulses are coupled into the glass fibers of the temperature sensor cable. A small part of the laser light is scattered back. In addition to the main peak with the irradiated wavelength (so-called Rayleigh peak), the backscatter spectrum further contains a so-called Stokes and an anti-Stokes band (Raman effect), which are shifted in their wavelengths to lower or larger wavelengths. In particular, the intensity of the anti-Stokes band is strictly temperature-dependent. The time-resolved measurement of the intensities of the Stokes (IS) and anti-Stokes (Ia) bands can be used to unambiguously calculate the temperature and location of the section of optical waveguide from which the light was backscattered. This is the average temperature of the length of the segment from which the backscattered light originates within a certain time window. The evaluation unit combines the intensity measurement with a propagation time measurement of the light in the optical waveguide and thus supplies the temperature values of all longitudinal sections.

Die technische Ausrüstung besteht im Wesentlichen aus der optoelektronischen Auswerteeinheit und dem Temperatursensorkabel. Das Temperatursensorkabel ist ein Glasfaserkabel wie es auch in der Telekommunikation verwendet wird. Die Glasfasern selbst sind die temperatursensitiven Elemente.The technical equipment consists essentially of the optoelectronic evaluation unit and the temperature sensor cable. The temperature sensor cable is a fiber optic cable as used in telecommunications. The glass fibers themselves are the temperature-sensitive elements.

Mit der eindeutigen und sicheren Lokalisierung des Brandherdes, erfolgt die Löschung bzw. Brandgasbindung der brennenden Palette in Abtrennung mit Trockenschaum oder Heißschaum.With the clear and reliable localization of the source of the fire, the extinguishing or combustion gas binding of the burning pallet takes place in separation with dry foam or hot foam.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2010035959 [0013]
DE 102010050742 [0014]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

UN Test Guide Test and Criteria (for Lithium Batteries 38.3) [0025]
Li (etall) in Int. J. Electrochem. Sci., 8 (2013) 5223-5231, "A Positive-Temperature-Coefficient Coefficient Layer Based on Ni-Mixed Poly (Vinylidene Fluoride) Composites for LiFePO4 Electrode" [0055]
UN 3480 [0115]
UN 3480 [0116]

Claims

Arrangement for safer batteries in transport and application characterized in that at least one enclosure and at least one combustion gas bond means is disposed.

Arrangement for safer batteries in transport and application characterized in that at least one acting virtually no pressure build-up combustion gas binding device is arranged.

Arrangement for safer batteries in transport and application according to claim 1 or 2, characterized in that at least one separation and at least one combustion gas binding means is arranged, which ensures an exchange of smoke contained air to smoke-containing foam.

Arrangement for safer batteries in transport and application according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the separation is arranged from or with materials which are temperature resistant from 250 ° C to 2200 ° C.

Arrangement for safer batteries in transport and application according to one or more of the preceding claims, characterized in that a hot foam quenching device is arranged as a fire gas binding device.

Arrangement for safer batteries in transport and use according to one or more of the preceding claims, characterized in that separation and / or combustion gas bonding device are arranged with other devices in a compound.

Arrangement for safer batteries in transport and application according to one or more of the preceding claims, characterized in that the separation is equipped with an optionally embedded sensors and / or electronics, which is arranged in operative connection with the combustion gas binding device.