WO2014016069A1 - Transportbehälter für eine defekte lithium-ionen-batterie - Google Patents

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Definitions

  • Transport container for a defective lithium-ion battery The present invention relates to a transport container for a defective
  • Wind turbines in vehicles that are designed as hybrid or electric motor vehicles, as well as electronic devices, such as laptops or mobile phones, new battery systems will be used, to the very high
  • Lithium-ion battery cells have a positive and a negative electrode on which lithium ions reversibly on (intercalation) or outsource (deintercalation) can.
  • intercalation internal cavity
  • deintercalation outsource
  • several battery cells are combined to form a battery module and then several battery modules by parallel or series connection to a battery (battery system or battery pack).
  • the high energy density of lithium-ion battery cells poses a potential hazard in the event of an accident. Leakage or a local short circuit can initiate a self-accelerating process be set, which ultimately leads to evaporation and degradation of the electrolyte with degassing of the cell to release a variety of mostly hazardous to health and / or toxic or corrosive gases, vapors and liquids.
  • the released gases are highly flammable, with an inflammation leading to the formation of other harmful fire gases and compounds. Problems in individual battery cells can thus spread to the entire battery module, even if it was not initially damaged to this extent.
  • the transport container consists of a non-combustible material.
  • the invention is based on the finding that a transport of a possibly damaged lithium-ion battery can be carried out in a particularly secure manner with the aid of a transport container made of a non-combustible material.
  • the non-combustible material may be, for example, a metal (for example, steel).
  • Lithium-ion battery can be cooled during transport, for example to temperatures down to -20 ° C, to runaway a thermal runaway
  • the transport container may have at least one temperature sensor for detecting a temperature of the lithium-ion battery or temperature in the transport container.
  • the of The measured value provided to the temperature sensor can be used to control the cooling for the interior.
  • the temperature sensor will be introduced into the transport container and has a suitable line or wireless interface for transmitting its measurement signal in an evaluation unit located outside the transport container. Alternatively or additionally, a reading of the internal temperature sensors of the lithium-ion battery via the battery management system can take place.
  • the transport box has an interface for connecting the battery management system to a cell monitoring system of
  • Lithium-ion battery on about the battery management system can in
  • Detecting a gas composition in the interior of the transport container comprises. With such a gas sensor, a change in the
  • Lithium-ion battery can be detected, for example, based on the H 2 -, CO or C0 2 concentration in the interior. Again, the sensor has appropriate
  • Signal lines or radio interfaces for transmitting its measured values to an external evaluation of the transport container are Signal lines or radio interfaces for transmitting its measured values to an external evaluation of the transport container.
  • the transport container comprises a monitoring unit, which is connected on the input side to the temperature sensor or gas sensor and if predetermined limit values for the sensor are exceeded
  • Temperature or gas composition in the interior of the transport container emits an alarm signal.
  • the measured values provided by the temperature sensor or gas sensor are evaluated in the monitoring unit. If the evaluation in the monitoring unit shows that predetermined limit values for temperature and gas composition are exceeded, an alarm system is activated by generating a corresponding alarm signal.
  • the output of the alarm can be done, for example, optically by means of a display device or acoustically via a loudspeaker.
  • the shipping container may further include an emergency cooling system configured to direct liquid nitrogen or a gaseous refrigerant, such as nitrogen or carbon dioxide, into the interior of the shipping container to inhibit thermal runaway of the lithium ion battery. The activation of the emergency cooling system can also be done via the monitoring unit.
  • Another aspect of the invention relates to a transport container with a position sensor.
  • About the position sensor can be location and location of the
  • the transport container to a pressure relief valve, so that in the interior of the transport container released gases can be directed to the outside, but no air can penetrate.
  • Embodiment have a gassing system for feeding an inert gas into the interior of the transport container.
  • the gassing system for feeding an inert gas into the interior of the transport container.
  • Interior space can be flooded with inert gas using the fumigation system, so that exothermic processes with oxygen can be prevented from the outset.
  • the transport container may further include a degassing system
  • Neutralizing agents such as calcium or magnesium carbonate, are neutralized.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a transport container for
  • Transport container 10 formed from a non-combustible material (steel or the like) and the battery 12 is fixed in the interior via means not shown for transport.
  • the battery 12 is placed on a cooling 14, with the same time, the battery 12 can be cooled down.
  • a transport temperature of up to -20 ° C can be set.
  • a temperature sensor 16 detects a current temperature of the battery 12 and transmits it to a monitoring unit 18. Furthermore, located in the interior of the transport container 10, a gas sensor 20, which also detects a current temperature of the battery 12 and transmits it to a monitoring unit 18. Furthermore, located in the interior of the transport container 10, a gas sensor 20, which also detects a current temperature of the battery 12 and transmits it to a monitoring unit 18. Furthermore, located in the interior of the transport container 10, a gas sensor 20, which also
  • the data supplied by the sensors 16, 20 are evaluated and, when stored limit values for the data are exceeded
  • an alarm signal is generated, which is output, for example, optically with a display 22 or acoustically with a loudspeaker 24.
  • Transport container 10 with the help of a global positioning system, such as GPS, are determined so that further rescue operations can be initiated in an emergency targeted.
  • a global positioning system such as GPS
  • the transport container 10 also has an emergency cooling 30.
  • the emergency cooling 30 for example, liquid nitrogen can be conducted into the interior of the transport container 10 in order to prevent overheating of the battery 12 or to cool the battery 12 in an inert atmosphere.
  • a pressure relief valve 32 allows the safe discharge of resulting gases from the interior of the transport container 10 without oxygen or water vapor can penetrate.
  • the transport container 10 may further include a degassing system (32)
  • Neutralizing means via which one of the battery 12th

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transportbehälter (10) für eine Lithium-Ionen-Batterie. Der Transportbehälter (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem nicht brennbaren Material besteht.

Description

Beschreibung
Titel
Transportbehälter für eine defekte Lithium-Ionen-Batterie Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transportbehälter für eine defekte
Lithium-Ionen-Batterie.
Stand der Technik Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie
Windkraftanlagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, als auch bei Elektronikgeräten, wie Laptops oder Mobiltelefonen, neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe
Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden.
In Fahrzeugen mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb kommen Batterien zum Einsatz, um die elektrische Energie für den Elektromotor, welcher den Antrieb unterstützt bzw. als Antrieb dient, zu speichern. In den Fahrzeugen der neuesten Generation finden hierbei sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen
Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive und eine negative Elektrode auf, an denen Lithium-Ionen reversibel ein- (Interkalation) oder wieder auslagern (Deinterkalation) können. In der Regel werden mehrere Batteriezellen zu einem Batteriemodul und anschließend mehrere Batteriemodule durch Parallel- oder Reihenschaltung zu einer Batterie (Batteriesystem oder Batteriepack) zusammengefasst.
Die hohe Energiedichte von Lithium-Ionen-Batteriezellen stellt im Falle eines Unfalls allerdings eine potentielle Gefahrenquelle dar. Durch Leckage oder einen lokalen Kurzschluss kann ein sich selbst beschleunigender Prozess in Gang gesetzt werden, der schlussendlich zu einer Verdampfung und Degradation des Elektrolyten mit Entgasung der Zelle unter Freisetzung einer Vielzahl von zumeist gesundheitsgefährdenden und/oder giftigen oder ätzenden Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten führt. Zudem sind die freigesetzten Gase leicht entzündlich, wobei eine Entzündung zur Entstehung weiterer gesundheitsschädlicher Brandgase und Verbindungen führt. Probleme in einzelnen Batteriezellen können auf diese Weise auf das gesamte Batteriemodul übergreifen, auch wenn dieses anfangs nicht in diesem Umfang beschädigt war.
Es besteht daher das Bedürfnis, beschädigte oder defekte
Lithium-Ionen-Batterien in sicherer Weise abtransportieren zu können, um dann die weitere Entsorgung oder Reparatur der Batterie unter kontrollierten
Bedingungen in Spezialbetrieben zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Eines oder mehrere der angesprochenen Probleme kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Transportbehälters für eine Lithium-Ionen-Batterie gemindert oder zumindest gelöst werden. Der Transportbehälter besteht dazu aus einem nicht brennbaren Material.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein Transport einer möglicherweise beschädigten Lithium-Ionen-Batterie in besonders sicherer Weise mit Hilfe eines Transportbehälters aus einem nicht brennbaren Material erfolgen kann. Das nicht brennbare Material kann beispielsweise ein Metall sein (beispielsweise Stahl).
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung befindet sich eine Kühlung im Innenraum des Transportbehälters. Auf diese Weise kann die
Lithium-Ionen-Batterie während des Transportes gekühlt werden, beispielsweise auf Temperaturen von bis zu -20 °C, um einen Thermal-Runaway der
beschädigten Batterie zu verhindern.
In Ergänzung oder auch unabhängig davon kann der Transportbehälter wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie oder Temperatur im Transportbehälter aufweisen. Der von dem Temperatursensor bereitgestellte Messwert kann zur Steuerung der Kühlung für den Innenraum herangezogen werden. Der Temperatursensor wird in den Transportbehälter eingebracht sein und besitzt eine geeignete Leitung oder drahtlose Schnittstelle zur Übertragung seines Messsignals in eine außerhalb des Transportbehälters befindliche Auswerteeinheit. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Auslesen der internen Temperatursensoren der Lithium-Ionen-Batterie über das Batteriemanagementsystem erfolgen.
Vorzugsweise weist die Transportbox eine Schnittstelle zum Anschluss des Batteriemanagementsystems an ein Zellüberwachungssystem der
Lithium-Ionen-Batterie auf. Über das Batteriemanagementsystem können in
Abhängigkeit von den individuellen Zelldaten weitere Maßnahmen, wie beispielsweise die Benachrichtigung der Feuerwehr oder spezieller Notdienste, eingeleitet werden. Weiterhin ist bevorzugt, wenn der Transportbehälter einen Gassensor zur
Erfassung einer Gaszusammensetzung im Innenraum des Transportbehälters umfasst. Mit einem solchen Gassensor kann eine Veränderung der
Gaszusammensetzung in Folge eines Thermal-Runaways der
Lithium-Ionen-Batterie detektiert werden, beispielsweise anhand der H2-, CO- oder C02-Konzentration im Innenraum. Erneut weist der Sensor entsprechende
Signalleitungen bzw. Funkschnittstellen zur Übertragung seiner Messwerte an eine externe Auswerteeinheit des Transportbehälters auf.
Ferner ist bevorzugt, wenn der Transportbehälter eine Überwachungseinheit umfasst, die eingangsseitig mit dem Temperatursensor bzw. Gassensor verbunden ist und bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte für die
Temperatur bzw. Gaszusammensetzung im Innenraum des Transportbehälters ein Alarmsignal ausgibt. Mit anderen Worten, die vom Temperatursensor bzw. Gassensor bereitgestellten Messwerte werden in der Überwachungseinheit ausgewertet. Wenn die Auswertung in der Überwachungseinheit ergibt, dass vorgegebene Grenzwerte für Temperatur und Gaszusammensetzung überschritten sind, wird ein Alarmsystem aktiviert, indem ein entsprechendes Alarmsignal erzeugt wird. Die Ausgabe des Alarms kann beispielsweise optisch mit Hilfe einer Anzeigevorrichtung oder akustisch über einen Lautsprecher erfolgen. Der Transportbehälter kann ferner ein Notkühlsystem umfassen, das dazu ausgelegt ist, Flüssigstickstoff oder ein gasförmiges Kühlmittel, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, in den Innenraum des Transportbehälters zu leiten, um einen Thermal-Runaway der Lithium-Ionen-Batterie zu unterbinden. Die Aktivierung des Notkühlsystems kann ebenfalls über die Überwachungseinheit erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Transportbehälter mit einem Positionssensor. Über den Positionssensor kann Lage und Ort des
Transportbehälters mit Hilfe eines globalen Positionierungssystems
(beispielsweise GPS) bestimmt werden.
Weiterhin weist der Transportbehälter ein Überdruckventil auf, so dass im Innenraum des Transportbehälters freigesetzte Gase nach außen geleitet werden können, jedoch keine Luft eindringen kann.
Schließlich kann der Transportbehälter in einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform eine Begasungsanlage zur Einspeisung eines Inertgases in den Innenraum des Transportbehälters aufweisen. Mit anderen Worten, der
Innenraum kann mit Hilfe der Begasungsanlage mit Inertgas geflutet werden, so dass exotherme Prozesse mit Sauerstoff von vornherein unterbunden werden können.
Der Transportbehälter kann ferner eine Entgasungsanlage mit
Neutralisierungsmittel umfassen, über welche ein von der Batterie freigesetztes Gas in den Außenraum des Transportbehälters geleitet wird und dabei für die Umwelt oder den Menschen gefährliche Stoffe im Gas durch geeignete
Neutralisierungsmittel, wie beispielsweise Calcium- oder Magnesiumcarbonat, neutralisiert werden.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Transportbehälters für
Lithium-Ionen-Batterie. Ausführungsformen der Erfindung
Gemäß der in Figur 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform ist der
Transportbehälter 10 aus einem nicht brennbaren Material (Stahlblech oder dergleichen) geformt und die Batterie 12 wird im Innenraum über nicht dargestellte Mittel für den Transport fixiert. Die Batterie 12 wird dazu auf einer Kühlung 14 platziert, mit der gleichzeitig die Batterie 12 heruntergekühlt werden kann. So kann beispielsweise eine Transporttemperatur von bis zu -20 °C eingestellt werden.
Ein Temperatursensor 16 erfasst eine aktuelle Temperatur der Batterie 12 und übermittelt diese an eine Überwachungseinheit 18. Weiterhin befindet sich im Innenraum des Transportbehälters 10 ein Gassensor 20, der ebenfalls
Messdaten an die Überwachungseinheit 18 übermittelt.
In der Überwachungseinheit 18 werden die von den Sensoren 16, 20 gelieferten Daten ausgewertet und bei Überschreiten hinterlegter Grenzwerte für die
Temperatur bzw. Gaszusammensetzung wird ein Alarmsignal erzeugt, das zum Beispiel optisch mit einer Anzeige 22 oder akustisch mit einem Lautsprecher 24 ausgegeben wird. Ebenso ist eine ferngesteuerte Übertragung des Alarmsignals, z. B. in das Fahrerhaus eines LKWs, der den Transportbehälter 10 aufnimmt, denkbar, so dass der Fahrer über eine zusätzliche Anzeige 26 über den Zustand der Batterie 12 und mögliche Gefahren informiert wird.
Schließlich kann mittels eines Positionssensors 28 die Lage des
Transportbehälters 10 mit Hilfe eines globalen Positionierungssystems, wie GPS, bestimmt werden, so dass im Notfall weitere Rettungsmaßnahmen gezielt eingeleitet werden können.
Der Transportbehälter 10 weist ferner eine Notfallkühlung 30 auf. Mittels der Notfallkühlung 30 kann beispielsweise flüssiger Stickstoff in den Innenraum des Transportbehälters 10 geleitet werden, um ein Überhitzen der Batterie 12 zu verhindern bzw. die Batterie 12 in inerter Atmosphäre abzukühlen. Ein Überdruckventil 32 ermöglicht das sichere Ausleiten von entstehenden Gasen aus dem Innenraum des Transportbehälters 10, ohne dass Sauerstoff oder Wasserdampf eindringen kann. Der Transportbehälter 10 kann ferner eine Entgasungsanlage (32) mit
Neutralisierungsmittel umfassen, über welche ein von der Batterie 12
freigesetztes Gas in den Außenraum des Transportbehälters 10 geleitet wird und dabei für die Umwelt oder den Menschen gefährliche Stoffe im Gas durch geeignete Neutralisierungsmittel, wie beispielsweise Calcium- oder
Magnesiumcarbonat, neutralisiert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Transportbehälter (10) für eine Lithium-Ionen-Batterie (12), dadurch
gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) aus einem nicht brennbaren Material besteht.
2. Transportbehälter (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) eine Kühlung (14) für den Innenraum des
Transportbehälters (10) besitzt.
3. Transportbehälter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) wenigstens einen Temperatursensor (16) zur Erfassung einer Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie (12) oder Temperatur im Transportbehälter (10) aufweist.
4. Transportbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) einen Gassensor (20) zur Erfassung einer Gaszusammensetzung im Innenraum des
Transportbehälters (10) umfasst.
5. Transportbehälter (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) eine Überwachungseinheit (18) umfasst, die eingangsseitig mit dem Temperatursensor (16) beziehungsweise Gassensor (20) verbunden ist und bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte für die Temperatur beziehungsweise Gaszusammensetzung im Innenraum des Transportbehälters (10) ein Alarmsignal ausgibt.
6. Transportbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) ein Notkühlsystem umfasst, das ausgelegt ist, Flüssigstickstoff oder ein gasförmiges Kühlmittel in einen Innenraum des Transportbehälters (10) zu leiten.
7. Transportbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) einen Positionssensor (28) umfasst.
8. Transportbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) ein Überdruckventil (32) aufweist.
9. Transportbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) eine Begasungsanlage zur Einspeisung eines Inertgases in den Innenraum des Transportbehälters (10) umfasst.
10. Transportbehälter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (10) eine Entgasungsanlage (32) mit einem Neutralisierungsmittel, insbesondere Calcium- oder
Magnesiumcarbonat umfasst, welche dazu ausgelegt ist, dass ein von der Lithium-Ionen-Batterie freigesetztes Gas in den Außenraum des
Transportbehälters (10) geleitet wird und dabei für die Umwelt oder den Menschen gefährliche Stoffe in dem Gas durch das Neutralisierungsmittel neutralisiert werden.
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