WO2011015613A2 - Schutzvorrichtung für eine testanlage - Google Patents

Schutzvorrichtung für eine testanlage Download PDF

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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a protective device for a test system according to the preamble of claim 1.
  • a protective device is generally known, for example, in chemical engineering.
  • gases arising within a test chamber are sucked out of the test chamber by means of a first suction device.
  • these are usually tested in temperature chambers. This can lead to failure of the batteries.
  • this creates a high pressure within the battery (approx. 10 bar), which is dissipated via a pressure relief valve in the battery.
  • the escaping gases and dusts are flammable and, as a rule, harmful to health.
  • the escaping gases are sometimes very hot (several 100 0 C).
  • the gas outlet it may thus also come to the failure of seals of the temperature chamber in the region of the door element or a gas outlet from the temperature chamber can not be excluded.
  • the invention is based on the task of providing a protective device for a test system according to the prior art.
  • Reef of claim 1 such that in case of damage in case of leakage of gases in the outer region of the test chamber, the gases are safely dissipated, so that further contamination or hazard, such as people, can be safely avoided.
  • This object is achieved in a protective device for a test system with the features of claim 1.
  • the invention is based on the idea, in addition to provide a protective housing outside the test chamber, which is arranged in operative connection with a second suction device. By means of this second suction device, the gases emitted from the test chamber can be safely dissipated.
  • the second suction device is arranged in the region of the door element of the test chamber and has a suction device which can be activated at least in the event of damage. This ensures, on the one hand, that the gases possibly exiting in the region of the door element are locally, i. as close as possible to the door element in
  • the targeted suction can be improved if the second suction device has a food-like area which opens into a fume hood and that the food-like area is arranged above the door element.
  • the distance of the food-like area from the door element is less than one meter. Due to the small distance, it is particularly not necessary to provide elaborate air flows or suction devices that suck the gases exiting the test chamber safely into the fume hood. To compensate for the extracted air volumes on the one hand and for producing a targeted air flow in the area of the flue gas on the other hand, it is also particularly advantageous if the protective housing has a supply device for ambient air. The fact that ambient air is sucked in, moreover, there is a particularly good mixing of the gases and thus a dilution of health or environmentally harmful gases.
  • these are designed as passage openings in the protective housing.
  • the passage openings are arranged in the bottom region of the protective housing. As a result, gas accumulations in the bottom area of the test facility can be avoided.
  • the protective housing is hood-like and completely surrounds the test chamber. As a result, any gases escaping outside the door element can be safely captured.
  • the test chamber has inner walls which are easy to clean, ie. in particular smooth surface and formed undercuts.
  • the first suction device is designed as a fume hood. It can be provided that a closing element is arranged in the connection area. As a result, flow losses from the test chamber can be avoided in the fume hood during normal operation of the test facility. This is particularly advantageous if the test chamber is designed as a temperature chamber, so that the heat losses from the temperature chamber can be minimized.
  • a closing element is provided, this is particularly preferably designed as a rupture disk.
  • Rupture discs which break, for example, even at an overpressure in the test chamber of about 20 mbar, thus respond in the event of damage very quickly and provide a secure seal of the test chamber to the environment in the normal test operation.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a protective device according to the invention for a test system.
  • a protection device 10 for a test facility 1 1 is shown.
  • a test device 12 is provided within the test facility 1 1, in the example of five lithium-ion batteries 1 can be tested.
  • the test system 1 1 is designed for this purpose in particular as a temperature chamber 13.
  • the temperature chamber 13 has a closed housing 14 which can be entered via a test chamber door 15.
  • the test chamber door 15 is normally closed during the test of the lithium-ion batteries 1, wherein between the housing 14 and the test chamber door 15, a seal, not shown, is arranged.
  • a first suction device 17 in the form of a flue chimney 18 opens into the ceiling region of the housing 14.
  • the passage region 19 between the flue gas chimney 18 and the housing 14 is closed by means of a closing element 20.
  • the closing element 20 is in this case designed, for example, as a rupture disk 21.
  • the closing element 20 is also designed differently, for example as a valve or as a flap. can be forms. It can also be provided that no closure element 20 is provided, so that the passage region 19 between the flue chest 18 and the housing 14 is always open.
  • the temperature chamber 13 or the housing 14 described so far is surrounded by a hood or box-like protective housing 25.
  • the protective housing 25 has a plurality of side walls 26, 27, which are formed in particular smooth surface and without undercuts. In the one side wall 27, for example, a door 28 is arranged.
  • the protective housing 25 is arranged or fastened on the floor 5 of the test facility 1 1.
  • a plurality of passage openings 29, 30 are formed in the bottom region between the protective housing 25 and the bottom 5.
  • ambient air can reach the interior of the protective housing 25 in accordance with the arrows 31, 32.
  • a second suction device 34 is arranged in the ceiling region of the protective housing 25 in the ceiling region of the protective housing 25, .
  • This second suction device 34 is also known as
  • Exhaust chimney 35 is formed and has a food-like area 36. It is essential that the food-like region 36 above the test chamber door 15 as close as possible to this, preferably closer than 1 meter, is arranged.
  • a suction device 37 for example in the form of a fan, is furthermore preferably provided.
  • the protective device 10 described so far for a test facility 1 1 operates as follows: In normal operation of the test facility 1 1, the lithium-ion batteries 1 are tested in the test facility 12. Here, the closing element 20 and the rupture disk 21 is closed. If a damage occurs during testing on the lithium-ion batteries 1, which is typically accompanied by a sudden increase in pressure and a subsequent fire, the rupture disk 21 breaks and the released gases can be sucked off via the first suction device 17 as shown by arrows 38, 39 become. Since in the fire of the lithium-ion batteries 1 very high temperatures can occur, which the
  • the protection device 10 described so far can be modified for a test system 1 1 in a variety of ways.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung (10) für eine Testanlage(11), wobei die Testanlage (11) zum Testen von im Schadensfall Schadgase emittierenden Objekten (1) dient, und wobei die Testanlage (11) eine zumindest im Wesentlichen geschlossene Prüfkammer (13) und eine erste Absaugeinrichtung (17) für die Prüfkammer (13) aufweist, die über einen Durchgangsbereich (19) mit der Prüfkammer (13) verbunden ist, sowie mit einem Türelement (15), das die Prüfkammer (13) mit der Umgebung verbindet. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Prüfkammer (13) von einem Schutzgehäuse (25) umgeben ist und,dass das Schutzgehäuse (25) eine zweite Absaugeinrichtung (34) aufweist.

Description

Beschreibung
Schutzvorrichtung für eine Testanlage Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine Testanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Eine derartige Schutzvorrichtung ist beispielsweise in der chemischen Verfahrenstechnik allgemein bekannt. Hierbei werden innerhalb einer Prüfkammer entstehende Gase mittels einer ersten Absaugeinrichtung aus der Prüfkammer abgesaugt. Bei der Prüfung von Lithium-Ionen-Batterien auf deren Funktionseigenschaften im Rahmen von Serien- oder Prototypenfertigungen werden diese üblicherweise in Temperaturkammern getestet. Dabei kann es zum Versagen der Batterien kommen. Es entsteht dabei in der Regel ein hoher Druck innerhalb der Batterie (ca. 10 bar), der über ein Überdruckventil in der Batterie abgebaut wird. Die aus- tretenden Gase und Stäube sind dabei entzündlich und in der Regel auch gesundheitsschädlich. Zudem sind die austretenden Gase zum Teil sehr heiß (mehrere 1000C). In der Folge des Gasaustritts kann es damit auch zum Versagen von Dichtungen der Temperaturkammer im Bereich des Türelements kommen bzw. ein Gasaustritt aus der Temperaturkammer kann nicht ausgeschlossen werden.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf- gäbe zugrunde, eine Schutzvorrichtung für eine Testanlage nach dem Oberbeg- riff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass im Schadensfall bei einem Austreten von Gasen in den Außenbereich der Prüfkammer die Gase sicher abgeleitet werden, damit eine weitere Kontaminierung bzw. Gefährdung, beispielsweise von Menschen, sicher vermieden werden kann. Diese Aufgabe wird bei einer Schutzvorrichtung für eine Testanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, außerhalb der Prüfkammer zusätzlich ein Schutzgehäuse vorzusehen, das mit einer zweiten Absaugeinrichtung in Wirkverbindung angeordnet ist. Mittels dieser zweiten Absaugeinrichtung lassen sich die aus der Prüfkammer emittierten Gase sicher ableiten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung für eine Testanlage sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Absaugeinrichtung im Bereich des Türelements der Prüfkammer angeordnet ist und eine zumindest im Schadensfall aktivierbare Saugeinrichtung aufweist. Dadurch wird zum einen sichergestellt, dass die im Bereich des Tür- elements ggf. austretenden Gase vor Ort, d.h. möglichst nahe dem Türelement in
Wirkverbindung mit der zweiten Absaugeinrichtung gelangen und zum zweiten wird durch die aktivierbare Saugeinrichtung ein gezielter Luftstrom bzw. eine gezielte Absaugung der Gase ermöglicht. Die gezielte Absaugung lässt sich verbessern, wenn die zweite Absaugeinrichtung einen essenartigen Bereich aufweist, der in einen Abzugskamin mündet und, dass der essenartige Bereich oberhalb des Türelements angeordnet ist.
Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass der Abstand des essenartigen Be- reichs von dem Türelement geringer als ein Meter ist. Durch den geringen Abstand ist es insbesondere nicht erforderlich, aufwändige Luftströmungen bzw. Saugeinrichtungen vorzusehen, die die aus der Prüfkammer austretenden Gase sicher in den Abzugskamin einsaugen. Zum Ausgleich der abgesaugten Luftmengen einerseits und zum Herstellen einer gezielten Luftströmung in dem Bereich des Abzugskamins andererseits ist es darüber hinaus besonders vorteilhaft, wenn das Schutzgehäuse eine Zuführeinrichtung für Umgebungsluft aufweist. Dadurch, dass Umgebungsluft angesaugt wird, findet darüber hinaus eine besonders gute Durchmischung der Gase und somit eine Verdünnung der gesundheits- bzw. umweltschädlichen Gase statt.
In einer konstruktiv besonders einfachen Realisierung der Zuführeinrichtung für Umgebungsluft sind diese als Durchgangsöffnungen im Schutzgehäuse ausge- bildet.
Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn die Durchgangsöffnungen im Bodenbereich des Schutzgehäuses angeordnet sind. Dadurch lassen sich Gasansammlungen im Bodenbereich der Testanlage vermeiden.
Um sicher zu vermeiden, dass Gase außerhalb der Prüfkammer an die Umwelt gelangen können, ist es darüber hinaus besonders vorteilhaft, wenn das Schutzgehäuse haubenartig ausgebildet ist und die Prüfkammer vollständig umgibt. Dadurch lassen sich auch eventuell außerhalb des Türelements austretende Gase sicher einfangen.
Um im Brand- bzw. Schadensfall die Kosten und den Aufwand für die Wiederinbetriebnahme der Testanlage zu reduzieren, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Prüfkammer Innenwände aufweist, die leicht reinigbar sind, d.h. insbesondere glattflächig und hinterschneidungsfrei ausgebildet sind.
In einer konstruktiv einfachen und funktionellen Weise ist die erste Absaugeinrichtung als Abzugskamin ausgebildet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass im Verbindungsbereich ein Schließelement angeordnet ist. Dadurch lassen sich Strömungsverluste aus der Prüfkammer in den Abzugskamin während des Normalbetriebs der Testanlage vermeiden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Prüfkammer als Temperaturkammer ausgebildet ist, sodass die Wärmeverluste aus der Temperaturkammer minimiert werden können. - A -
Wenn ein Schließelements vorgesehen ist, ist dieses besonders bevorzugt als Berstscheibe ausgebildet. Berstscheiben, welche beispielsweise bereits bei einem Überdruck in der Prüfkammer von ca. 20 mbar brechen, sprechen somit im Schadensfall sehr schnell an und stellen eine sichere Abdichtung der Prüfkammer gegenüber der Umwelt im normalen Testbetrieb dar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in der einzigen
Figur einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schutz- Vorrichtung für eine Testanlage.
In der Figur ist eine Schutzvorrichtung 10 für eine Testanlage 1 1 dargestellt. Die Testanlage 1 1 dient hierbei insbesondere dem Test von Lithium-Ionen-Batterien 1. Hierzu ist innerhalb der Testanlage 1 1 eine Prüfeinrichtung 12 vorgesehen, in der beispielhaft fünf Lithium-Ionen-Batterien 1 getestet werden können. Die Testanlage 1 1 ist hierzu insbesondere als Temperaturkammer 13 ausgebildet. Die Temperaturkammer 13 weist ein geschlossenes Gehäuse 14 auf, das über eine Prüfkammertür 15 betreten werden kann. Die Prüfkammertür 15 ist während des Tests der Lithium-Ionen-Batterien 1 normalerweise geschlossen, wobei zwischen dem Gehäuse 14 und der Prüfkammertür 15 eine nicht dargestellte Dichtung angeordnet ist.
In den Deckenbereich des Gehäuses 14 mündet eine erste Absaugeinrichtung 17 in Form eines Abzugskamins 18. Der Durchgangsbereich 19 zwischen dem Abzugskamin 18 und dem Gehäuse 14 ist mittels eines Verschließelementes 20 verschlossen. Das Verschließelement 20 ist hierbei beispielhaft als Berstscheibe 21 ausgebildet.
Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle einer Berstscheibe 21 das Verschließ- element 20 auch andersartig, beispielsweise als Ventil oder als Klappe, ausge- bildet sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass kein Verschließelement 20 vorgesehen ist, sodass der Durchgangsbereich 19 zwischen dem Abzugskamin 18 und dem Gehäuse 14 stets offen ausgebildet ist. Die soweit beschriebene Temperaturkammer 13 bzw. das Gehäuse 14 ist von einem hauben- oder kastenartigen Schutzgehäuse 25 umgeben. Das Schutzgehäuse 25 weist mehrere Seitenwände 26, 27 auf, die insbesondere glattflächig und ohne Hinterschneidungen ausgebildet sind. In der einen Seitenwand 27 ist beispielsweise eine Tür 28 angeordnet. Das Schutzgehäuse 25 ist auf dem Bo- den 5 der Testanlage 1 1 angeordnet bzw. befestigt. Hierbei sind im Bodenbereich zwischen dem Schutzgehäuse 25 und dem Boden 5 mehrere Durchgangsöffnungen 29, 30 ausgebildet. Über die Durchgangsöffnungen 29, 30 kann Umgebungsluft entsprechend der Pfeile 31 , 32 in das Innere des Schutzgehäuses 25 gelangen. Im Deckenbereich des Schutzgehäuses 25 ist eine zweite Absaug- einrichtung 34 angeordnet. Diese zweite Absaugeinrichtung 34 ist ebenfalls als
Abzugskamin 35 ausgebildet und weist einen essenartigen Bereich 36 auf. Wesentlich dabei ist, dass der essenartige Bereich 36 oberhalb der Prüfkammertür 15 möglichst nahe zu dieser, vorzugsweise näher als 1 Meter, angeordnet ist. Im Abzugskamin 35 ist weiterhin bevorzugt eine Saugeinrichtung 37, beispielsweise in Form eines Ventilators, vorgesehen.
Die soweit beschriebene Schutzvorrichtung 10 für eine Testanlage 1 1 arbeitet wie folgt: Im Normalbetrieb der Testanlage 1 1 werden die Lithium-Ionen-Batterien 1 in der Prüfeinrichtung 12 getestet. Hierbei ist das Verschließelement 20 bzw. die Berstscheibe 21 geschlossen. Tritt nun ein Schadensfall beim Testen an den Lithium-Ionen-Batterien 1 auf, welcher typischerweise mit einem plötzlichen Druckanstieg sowie einem nachfolgenden Brand einhergeht, so bricht die Berstscheibe 21 und die freiwerdenden Gase können entsprechend der Pfeile 38, 39 über die erste Absaugeinrichtung 17 abgesaugt werden. Da bei dem Brand der Lithium-Ionen-Batterien 1 sehr hohe Temperaturen auftreten können, welche die
Türdichtung zwischen der Temperaturkammer 13 und der Prüfkammertür 15 beschädigen können, ist es nicht ausgeschlossen, dass Gase außerhalb des Gehäuses 14 gelangen. Hierbei findet der Austritt typischerweise im Bereich der Prüfkammertür 15 statt, was durch die Pfeile 41 und 42 symbolisiert sein soll. Um zu verhindern, dass die austretenden Schadgase kondensieren, ist es erforder- lich, dass diese möglichst schnell abgekühlt und abgesaugt werden. Hierzu dient die zweite Absaugeinrichtung 34, welche die austretenden Gase entsprechend der Pfeile 43 in den Abzugskamin 35 einleiten. Dieses Einleiten der Gase wird durch die Saugeinrichtung 37 aktiv unterstützt. Dadurch, dass ständig Umge- bungsluft über die Durchgangsöffnungen 30 in den Bereich des Schutzgehäuses
25 gelangen können, findet gleichzeitig eine Abkühlung und Verdünnung der austretenden Gase statt.
Ergänzend wird erwähnt, dass die soweit beschriebene Schutzvorrichtung 10 für eine Testanlage 1 1 in vielfältiger Art und Weise modifiziert werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, zusätzliche zweite Absaugeinrichtungen in anderen Bereichen des Schutzgehäuses 25 vorzusehen. Ebenso ist es möglich, die Durchgangsöffnungen 30 andersartig auszubilden.

Claims

Ansprüche
1 . Schutzvorrichtung (10) für eine Testanlage (1 1 ), wobei die Testanlage (1 1 ) zum Testen von im Schadensfall Schadgase emittierenden Objekten (1 ) dient, und wobei die Testanlage (1 1 ) eine zumindest im Wesentlichen ge- schlossene Prüfkammer (13) und eine erste Absaugeinrichtung (17) für die
Prüfkammer (13) aufweist, die über einen Durchgangsbereich (19) mit der Prüfkammer (13) verbunden ist, sowie mit einem Türelement (15), das die Prüfkammer (13) mit der Umgebung verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkammer (13) von einem Schutzgehäuse (25) umgeben ist und, dass das Schutzgehäuse (25) eine zweite Absaugeinrichtung (34) aufweist.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Absaugeinrichtung (34) im Bereich des Türelements (15) der Prüfkammer (13) angeordnet ist und eine zumindest im Schadensfall aktivierbare Saugeinrichtung (37) aufweist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Absaugeinrichtung (34) einen essenartigen Bereich (36) aufweist, der in einen Abzugskamin (35) mündet und, dass der essenartige Bereich (36) oberhalb des Türelements (15) angeordnet ist.
4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand des essenartigen Bereichs (36) von dem Türelement (15) geringer als 1 m beträgt.
5. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das Schutzgehäuse (15) eine Zuführeinrichtung (29, 30) für Umge- bungsluft aufweist.
6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuführeinrichtung als Durchgangsöffnungen (29, 30) im Schutzge- häuse (25) ausgebildet sind.
7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchgangsöffnungen (29, 30) im Bodenbereich des Schutzgehäu- ses (25) angeordnet sind.
8. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schutzgehäuse (25) haubenartig ausgebildet ist und die Prüfkam- mer (13) vollständig umgibt.
9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfkammer (13) Wände (26, 27) aufweist, die leicht reinigbar sind, d.h. insbesondere glattflächig und hinterschneidungsfrei ausgebildet sind.
10. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Absaugeinrichtung (17) als Abzugskamin (18) ausgebildet ist.
1 1 . Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Durchgangsbereich (19) ein Verschließelement (20) angeordnet ist.
12. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verschließelement (20) als Berstscheibe (21 ) ausgebildet ist.
13. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfkammer als Temperaturkammer (13) ausgebildet ist.
14. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Objekte Lithium-Ionen-Batterien (1 ) sind.
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