WO2014023485A1 - Löschkonzept für hv batterien in hybrid- und elektrofahrzeugen - Google Patents

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WO2014023485A1
WO2014023485A1 PCT/EP2013/064157 EP2013064157W WO2014023485A1 WO 2014023485 A1 WO2014023485 A1 WO 2014023485A1 EP 2013064157 W EP2013064157 W EP 2013064157W WO 2014023485 A1 WO2014023485 A1 WO 2014023485A1
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WO
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extinguishing
battery
container
housing
fire
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PCT/EP2013/064157
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas OEHL
Werner RENNINGER
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/07—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in vehicles, e.g. in road vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • High-voltage batteries can be used in many areas of technology.
  • high-voltage batteries can be used as accumulators for solar cells.
  • high-voltage batteries in electrical and
  • Hybrid vehicles are used. Excessive overcharging or short-circuiting of the high-voltage battery or a corresponding charging device can lead to a fire of the battery. To prevent a fire, monitoring devices and
  • an extinguishing system for batteries and in particular for high-voltage batteries has a battery with a housing and a container with a quenching medium.
  • the extinguishing system is designed to extinguish a fire of the battery automatically by emptying the container.
  • the container with the extinguishing medium also referred to as extinguishing container, is arranged directly on the battery.
  • the extinguishing system can already extinguish an eruptive fire when it breaks out.
  • the battery and the extinguishing device can be used wherever a power supply or power storage is required.
  • the extinguishing device is independent of the intended use of the battery.
  • the battery may be, for example, a high-voltage battery and used in hybrid or electric vehicles. Alternatively, the battery can be used in buildings for generators or accumulators on solar cells, or in submarines, or ships.
  • the battery can consist of several individual battery cells, which are assembled into modules. Several modules then form the battery, which can also be referred to as a battery pack.
  • the battery can be, for example, a lithium-ion battery. Furthermore, in
  • any type of batteries such as lead, nickel, kadium, nickel hydrogen, nickel iron, lithium polymer,
  • Lithium metal, lithium sulfur, zinc and bromine batteries are used.
  • the battery has a housing.
  • the case can be
  • the housing for cooling the battery may have a radiator plate which has a high thermal conductivity, so that the battery can be cooled.
  • the extinguishing container with the extinguishing medium is arranged directly on the battery. That is, the extinguishing container is located in the immediate vicinity of the battery, so that the path of the extinguishing medium from the extinguishing container to the battery is as short as possible.
  • the extinguishing container laterally or above the Battery be arranged.
  • the extinguishing container may be integrated into the housing of the battery.
  • the extinguishing medium can be, for example, a metal fire extinguishing powder and, for example, have an alkali metal chloride.
  • the extinguishing system is designed to extinguish a developing or existing fire of the battery automatically by emptying the container, that is by dumping the extinguishing medium on the battery.
  • Automatically can mean that, for example, no action of one
  • the extinguishing system may dump the extinguishing medium over the battery or in the battery as soon as a predetermined temperature threshold is reached.
  • the extinguishing system further comprises an extinguishing device with at least one nozzle. The nozzle is arranged on one of the battery side facing the extinguishing device. The extinguishing medium is automatically distributed via the nozzle on the battery in case of fire.
  • the extinguishing device can be designed for example as a spray or Sprenkelstrom.
  • the extinguishing device can be provided directly on the extinguishing container or on the housing of the battery. Furthermore, the extinguishing device may be integrated in the housing.
  • a plurality of nozzles is provided directly on the battery or on the extinguishing container.
  • the nozzle can be designed as an opening.
  • the nozzle may be designed as an atomizer for distributing an extinguishing medium.
  • the nozzle or the plurality of nozzles may alternatively be designed separately from the extinguishing container. If the extinguishing container is arranged, for example, on the side of the battery, then the extinguishing device and the nozzles can be arranged above the battery and connected to the extinguishing container via a line. In case of fire, the nozzles are automatically, that is operated without the intervention of a user, for example, depending on the prevailing at the battery temperature, opened or activated.
  • the housing of the battery is double-walled.
  • the housing has an inner wall and an outer wall.
  • the housing may be double-walled only in an upper area.
  • the sides and the floor can be single-walled.
  • the housing can be made double-walled throughout.
  • the extinguishing container with the extinguishing medium is integrated directly into the housing.
  • an upper part of the housing represents the extinguishing container.
  • the inner wall of the housing has perforations.
  • the extinguishing medium is automatically distributed in case of fire via the perforations on the battery.
  • the perforations may be, for example, openings or passages in the inner wall of the housing, which connect the extinguishing container or the extinguishing device to the interior of the battery.
  • the extinguishing device can also be integrated directly into the housing of the battery.
  • the nozzles can be carried out, for example, through the perforations.
  • the nozzles may be integrated into the perforations such that the perforations act as nozzles.
  • the perforations can be closed. In case of fire, the perforations can open automatically, so that the extinguishing medium can be distributed inside the battery.
  • Extinguishing system further comprises a temperature sensor and a control unit.
  • the control unit is functional with the temperature sensor and with the
  • the control unit is running, a current one
  • the control unit is also designed to trigger the emptying of the extinguishing container if the currently determined temperature value is greater than the temperature threshold value.
  • the temperature sensor is arranged on the battery. That is, the temperature sensor may be provided directly inside the battery or inside or outside the case of the battery.
  • the control unit may be, for example, a central processing unit (CPU). Alternatively, the control unit can also be integrated in a battery control unit (BCU).
  • the control unit is functional, that is, for example, electrically connected via wires or wirelessly connected to the temperature sensor. Likewise, the
  • Control unit functionally connected to the extinguishing container or with the extinguishing device or with the nozzles or perforations of the extinguishing container.
  • the control unit may be provided with a mechanical actuator device for
  • Temperature sensor may also be provided a smoke sensor or a smoke detector to the battery and also be functionally connected to the control unit.
  • the control unit may be designed to determine the current temperature value in certain predetermined time intervals. Alternatively, the control unit can determine the temperature value continuously and with the
  • Temperature threshold can be stored, for example, in a memory unit of the control unit.
  • the temperature threshold may be set differently depending on the type of battery and the number of individual battery cells integrated therein.
  • Extinguishing system further comprises an actuator element for emptying the extinguishing container.
  • the actuator element has a bimetallic strip or a component with a bimetallic strip.
  • the actuator element as
  • Thermobimetallfeder be executed.
  • the bimetallic strip is designed to change its shape when temperature changes. This is how it can be
  • the actuator element is designed to actuate the extinguishing container in such a way by the change in shape that the extinguishing container emptied.
  • the actuator element, the extinguishing container directly actuate or alternatively trigger a corresponding mechanical device on the nozzles or perforations.
  • the extinguishing system with an actuator element which can also be referred to as an actuator element, and which has a bimetallic strip, can function purely mechanically and independently of a voltage source. In other words, no electrical components are necessary here for the actuation or triggering of the extinguishing system. As a result, the safety in a fire, for example in the event of failure of monitoring devices and protective circuits, can be additionally increased.
  • a trigger of the extinguishing system may also be e.g. serve a tube filled with liquid, which is destroyed at a certain temperature and thus mechanically triggers the extinguishing device.
  • the extinguishing medium is designed to combat the fire by suffocation.
  • the quenching medium ABC extinguishing powder in particular aluminum phosphate and
  • the extinguishing medium further comprises metal fire extinguishing powder.
  • the extinguishing medium may comprise sand, cement powder and gray cast powder.
  • Composition of the extinguishing medium can be selected.
  • the extinguishing medium can be selected in such a way that it melts at the respective fire temperature above the battery and forms an airtight coating.
  • a method for producing an extinguishing system as described above comprises the following step: providing a battery with a quenching container with quenching medium.
  • the extinguishing system is designed to automatically extinguish a fire of the battery by emptying the extinguishing container.
  • the method can be used, for example, to retrofit existing batteries.
  • an extinguishing container can be arranged laterally or above the housing of the battery.
  • a Extinguishing device with nozzles above the housing of the battery can be arranged.
  • the extinguishing container is arranged directly at the extinguishing device and connected or connected to this via a line.
  • the method can be used for the production of new batteries, in which the extinguishing container directly into a double-walled lid of the
  • Fig. 1 shows a cross section through an extinguishing system with an integrated in the housing extinguishing container according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a schematic perspective view of an extinguishing system with an additional smoke detector according to an embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows a schematic perspective view of an extinguishing system with nozzles for distributing the extinguishing medium according to a
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of an extinguishing system with perforations for distributing the extinguishing medium according to an embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a cross section through an extinguishing system 1 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the extinguishing system 1 in this case has a battery 3 with a housing 5 and an extinguishing container 7 with an extinguishing medium 25. Furthermore, the battery 3 has an extinguishing device 8 with nozzles 9. The nozzles are integrated in perforations 15 on the housing 5.
  • the battery 3 is designed as a high-voltage battery and is composed of several or from a plurality of battery cells 23.
  • Battery cells 23 are arranged in the housing 5.
  • the housing 5, in particular the housing cover is double-walled.
  • the housing has an inner wall 11 and an outer wall 13. Between the inner wall 11 and the outer wall 13 is the
  • Extinguishing container 7 with the extinguishing medium 25, and the extinguishing device 8 is arranged.
  • perforations 15 are provided in the form of openings. The perforations 15 may form part of the extinguishing device 8.
  • a temperature sensor 17 is provided on the battery 3.
  • the temperature sensor 17 is arranged in the interior of the housing 5. The temperature sensor 17 determines in predetermined
  • the control unit 19 is in
  • control unit 19 may be arranged on or in the housing 5.
  • the control unit 19 compares the determined current temperature measured value with a temperature threshold value. Is the determined current temperature measured value above the specified
  • the control unit 19 automatically triggers an emptying of the extinguishing container 7, so that the extinguishing medium 25 is distributed over the battery 3.
  • the control unit 19 may be connected to the extinguishing device 8, in particular to the perforations 15 provided in the inner wall 11, and / or to the extinguishing container 7. If a fire is thus detected on the battery via the temperature sensor 17, a mechanism is automatically triggered which sprays the contents of the extinguishing container 7, in particular a metal extinguishing powder, over the battery 3. In this way, an emerging fire is already stopped in breaking out and increases safety, for example, in an electric or hybrid vehicle.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of an extinguishing system 1 is shown.
  • the extinguishing container 7 is arranged outside the housing 5.
  • the nozzles 9 thereby favor a uniform and rapid distribution of the extinguishing medium 25 over the battery 3 in case of fire.
  • the nozzles 9 may be e.g. be designed as flat jet nozzles.
  • the nozzles 9 may have brass and a male threaded connection.
  • the spray angle of the nozzles 9 may e.g. between 105 ° and 145 °. Furthermore, the nozzles
  • Flow rate and the spray angle be adapted to the system.
  • the extinguishing container 7 is connected via a line 29 to the extinguishing device 8 and thus to the nozzles 9.
  • the line 29 can be connected via a connection 27 to the extinguishing device 8 and to the nozzles 9.
  • an additional smoke detector 31 is provided on the nozzles 9 or on the housing 5. The smoke detector can as well as a
  • Temperature sensor 17 may be connected to a control unit 19.
  • control unit 19 can trigger an automatic emptying of the extinguishing container 7 above the battery 3.
  • Fig. 3 a similar to Fig. 2 embodiment is shown.
  • the extinguishing container 7, not shown in Fig. 3 is disposed outside of the housing 5 directly to the battery 3.
  • the extinguishing medium 25 is also here in case of fire automatically distributed over the battery 3 by means of nozzles 9.
  • no temperature sensor 17 and no control unit 19 are provided in the embodiment of FIG.
  • the extinguishing system 1 in the exemplary embodiment of FIG. 3 has an actuator element 21 which has a bimetallic bimetal, also referred to as a bimetal.
  • the bimetallic strip may have metal strips of different metals, which are connected cohesively or positively.
  • the bimetallic strip may for example be designed in the form of a spring.
  • the different metals have different coefficients of thermal expansion, so that the bimetallic changed its shape with temperature changes.
  • the metals used may be zinc and steel.
  • the bimetallic strip may be selected and arranged on the extinguishing container 7 or on the nozzles 9, that upon reaching or exceeding a
  • Threshold automatically the extinguishing device 8 and the nozzles 9 are actuated or opened.
  • the triggering of the extinguishing mechanism takes place mechanically or, as described above, by means of a bimetallic strip or via a bimetallic strip.
  • Temperature switch e.g. activated via a valve or via a mechanically actuated valve the extinguishing tank 7.
  • a liquid-filled tube serve as a trigger of the extinguishing system.
  • the tube can be designed such that it is destroyed at a certain temperature and thus mechanically triggers the extinguishing device.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the extinguishing system 1.
  • the extinguishing system 1 in FIG. 4 in this case has an extinguishing container 7 arranged outside the housing 5. This is arranged directly on the housing 5 side. Further, the extinguishing container 7 via a short line 29 with a
  • connection 27 which leads the extinguishing medium 25 in case of fire to perforations 15 of a housing 5 arranged above the metal plate.

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Abstract

Es wird ein Löschsystem (1) für Batterien (3) vorgestellt. Das Löschsystem (1) weist eine Batterie (3) mit einem Gehäuse (5) auf. Ferner weist das Löschsystem (1) einen Löschbehälter (7) mit einem Löschmedium (25) auf. Der Löschbehälter (7) ist dabei möglichst direkt an der Batterie (3) angeordnet. Das Löschsystem (1) ist dabei ausgeführt, einen Brand der Batterie (3) automatisch durch Entleeren des Löschbehälters (7) zu löschen.

Description

Beschreibung Titel
Löschkonzept für HV Batterien in Hybrid- und Elektrofahrzeugen
Stand der Technik Hochvoltbatterien können in vielen Bereichen der Technik zum Einsatz kommen.
Beispielsweise können Hochvoltbatterien als Akkumulatoren für Solarzellen verwendet werden. Ferner können Hochvoltbatterien in Elektro- und
Hybridfahrzeugen verwendet werden. Eine exzessive Überladung oder ein Kurzschluss der Hochvoltbatterie bzw. einer entsprechenden Ladevorrichtung kann zu einem Brand der Batterie führen. Um einen Brand zu verhindern, können Überwachungseinrichtungen und
Schutzschaltungen an der Hochvoltbatterie vorgesehen sein. Offenbarung der Erfindung
Es kann ein Bedarf an einer Erhöhung bzw. Verbesserung des Brandschutzes von Hochvoltbatterien bestehen. Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Löschsystem für Batterien und insbesondere für Hochvoltbatterien vorgestellt. Das Löschsystem weist eine Batterie mit einem Gehäuse und einem Behälter mit einem Löschmedium auf. Das Löschsystem ist dabei ausgeführt, einen Brand der Batterie automatisch durch Entleeren des Behälters zu löschen. Der Behälter mit dem Löschmedium, auch als Löschbehälter bezeichnet, ist direkt an der Batterie angeordnet.
Insbesondere kann der Löschbehälter direkt am Gehäuse der Batterie
angeordnet sein. Durch das erfindungsgemäße Löschsystem wird die
Brandsicherheit der Batterie erhöht. Das heißt, zusätzlich oder alternativ zu einer Überwachungseinrichtung kann das Löschsystem einen ausbrechenden Brand bereits im Ausbrechen löschen.
Die Batterie sowie die Löscheinrichtung kann überall eingesetzt werden, wo eine Stromversorgung bzw. Stromspeicherung erforderlich ist. Die Löscheinrichtung ist unabhängig vom Einsatzzweck der Batterie. Dabei kann die Batterie zum Beispiel eine Hochvoltbatterie sein und in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen. Alternativ kann die Batterie in Gebäuden für Generatoren bzw. Akkumulatoren an Solarzellen eingesetzt werden, oder in U-Booten, oder Schiffen. Die Batterie kann aus mehreren einzelnen Batteriezellen bestehen, die zu Modulen zusammengefügt sind. Mehrere Module bilden dann die Batterie, die auch als Batteriepack bezeichnet werden kann. Die Batterie kann dabei beispielsweise eine Lithium-Ionenbatterie sein. Ferner können im
erfindungsgemäßen System beliebige Arten von Batterien wie zum Beispiel Blei-, Nickel-, Kadium-, Nickelwasserstoff-, Nickeleisen-, Lithiumpolymer-,
Lithiummetall-, Lithiumschwefel-, Zink- und Brom- Batterien eingesetzt werden.
Die Batterie weist dabei ein Gehäuse auf. Das Gehäuse kann dabei
beispielsweise ein metallisches Material und/oder ein Kunststoff material aufweisen. Insbesondere kann das Gehäuse zur Kühlung der Batterie eine Radiatorplatte aufweisen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, so dass die Batterie gekühlt werden kann.
Der Löschbehälter mit dem Löschmedium ist dabei direkt an der Batterie angeordnet. Das heißt, der Löschbehälter befindet sich in unmittelbarer Nähe der Batterie, so dass der Weg des Löschmediums vom Löschbehälter zur Batterie möglichst kurz ist. Beispielsweise kann der Löschbehälter seitlich oder über der Batterie angeordnet sein. Alternativ kann der Löschbehälter in das Gehäuse der Batterie integriert sein.
Das Löschmedium kann beispielsweise ein Metallbrandlöschpulver sein und zum Beispiel ein Alkalichlorid aufweisen.
Das Löschsystem ist dabei ausgeführt, einen entstehenden oder bereits vorhandenen Brand der Batterie automatisch durch Entleeren des Behälters, das heißt durch Ausschütten des Löschmediums über der Batterie löschen.
Automatisch kann dabei bedeuten, dass beispielsweise kein Zutun eines
Benutzers notwendig ist. Zum Beispiel kann das Löschsystem das Löschmedium über der Batterie bzw. in der Batterie ausschütten, sobald ein vorgegebener Temperaturschwellenwert erreicht ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Löschsystem ferner eine Löschvorrichtung mit mindestens einer Düse auf. Die Düse ist dabei an einer der Batterie zugewandten Seite der Löschvorrichtung angeordnet. Das Löschmedium ist dabei automatisch über die Düse an der Batterie im Brandfall verteilbar.
Die Löschvorrichtung kann zum Beispiel als Sprüh- oder Sprenkelanlage ausgeführt sein. Die Löschvorrichtung kann dabei direkt am Löschbehälter bzw. am Gehäuse der Batterie vorgesehen sein. Ferner kann die Löschvorrichtung in das Gehäuse integriert sein.
Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Düsen direkt an der Batterie bzw. am Löschbehälter vorgesehen. Die Düse kann dabei als Öffnung ausgeführt sein. Ferner kann die Düse als Zerstäuber zum Verteilen eines Löschmediums ausgeführt sein. Die Düse bzw. die Vielzahl von Düsen können alternativ separat vom Löschbehälter ausgeführt sein. Ist der Löschbehälter zum Beispiel seitlich an der Batterie angeordnet, so können die Löschvorrichtung und die Düsen über der Batterie angeordnet sein und über eine Leitung mit dem Löschbehälter verbunden sein. Im Brandfall werden die Düsen automatisch, das heißt ohne das Zutun eines Benutzers, beispielsweise abhängig von der an der Batterie vorherrschenden Temperatur betätigt, geöffnet bzw. aktiviert. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Gehäuse der Batterie doppelwandig ausgeführt. Das Gehäuse weist dabei eine Innenwand und eine Außenwand auf. Dabei kann das Gehäuse beispielsweise lediglich in einem oberen Bereich doppelwandig ausgeführt sein. Die Seiten und der Boden können einwandig ausgeführt sein. Alternativ kann das Gehäuse durchgehend doppelwandig ausgeführt sein. Der Löschbehälter mit dem Löschmedium ist dabei direkt in das Gehäuse integriert. Vorzugsweise stellt ein oberer Teil des Gehäuses den Löschbehälter dar. Dabei kann sich das Löschmedium
beispielsweise zwischen einer oberen Innenwand und einer oberen Außenwand des Gehäuses befinden. Auf diese Weise ist die im Brandfall vom Löschmedium zurückzulegende Strecke minimal.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Innenwand des Gehäuses Perforationen auf. Das Löschmedium wird im Brandfall automatisch über die Perforationen über die Batterie automatisch verteilt. Die Perforationen können beispielsweise Öffnungen bzw. Durchführungen in der Innenwand des Gehäuses sein, die den Löschbehälter bzw. die Löschvorrichtung mit dem Inneren der Batterie verbinden. Dabei kann die Löschvorrichtung ebenfalls direkt ins Gehäuse der Batterie integriert sein. Die Düsen können dabei zum Beispiel durch die Perforationen durchgeführt sein.
Alternativ können die Düsen in die Perforationen derart integriert sein, dass die Perforationen als Düsen fungieren. Im Normalfall können die Perforationen geschlossen sein. Im Brandfall können die Perforationen automatisch öffnen, so dass das Löschmedium im Inneren der Batterie verteilt werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das
Löschsystem ferner einen Temperatursensor und eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist dabei funktional mit dem Temperatursensor und mit dem
Löschbehälter verbunden. Die Steuereinheit ist ausgeführt, einen aktuellen
Temperaturwert mittels des Temperatursensors zu ermitteln und mit einem vorgegebenen Temperaturschwellenwert zu vergleichen. Die Steuereinheit ist ferner ausgeführt, das Entleeren des Löschbehälters auszulösen, wenn der aktuell ermittelte Temperaturwert größer ist als der Temperaturschwellenwert. Der Temperatursensor ist dabei an der Batterie angeordnet. Das heißt, der Temperatursensor kann direkt im Inneren der Batterie vorgesehen sein oder sich innen oder außen am Gehäuse der Batterie befinden. Die Steuereinheit kann beispielsweise eine Zentralprozessoreinheit (Central Processing Unit, CPU) sein. Alternativ kann die Steuereinheit auch in einem Batterie Control Unit (BCU) integriert sein.
Die Steuereinheit ist funktional, das heißt beispielsweise elektrisch über Drähte oder drahtlos mit dem Temperatursensor verbunden. Ebenso ist die
Steuereinheit funktional mit dem Löschbehälter bzw. mit der Löschvorrichtung bzw. mit den Düsen oder Perforationen des Löschbehälters verbunden. Alternativ kann die Steuereinheit mit einer mechanischen Aktuatorvorrichtung zum
Betätigen des Löschbehälters funktional verbunden sein. Zusätzlich zum
Temperatursensor kann auch ein Rauchsensor bzw. ein Rauchmelder an der Batterie vorgesehen sein und ebenso funktional mit der Steuereinheit verbunden sein.
Die Steuereinheit kann dabei ausgeführt sein, den aktuellen Temperaturwert in bestimmten vorgegebenen Zeitintervallen zu ermitteln. Alternativ kann die Steuereinheit den Temperaturwert kontinuierlich ermitteln und mit dem
vorgegebenen Temperaturschwellenwert vergleichen. Der
Temperaturschwellenwert kann dabei beispielsweise in einer Speichereinheit der Steuereinheit gespeichert sein. Der Temperaturschwellenwert kann je nach Art der Batterie und der Anzahl der darin integrierten einzelnen Batteriezellen unterschiedlich eingestellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das
Löschsystem ferner ein Aktuatorelement zum Entleeren des Löschbehälters auf. Das Aktuatorelement weist dabei ein Thermobimetall bzw. ein Bauteil mit Thermobimetall auf. Beispielsweise kann das Aktuatorelement als
Thermobimetallfeder ausgeführt sein. Das Thermobimetall ist dabei ausgeführt, bei Temperaturänderungen seine Form zu verändern. So kann sich
beispielsweise ein Thermobimetall bei entsprechender Temperaturerhöhung zusammenziehen oder ausdehnen. Das Aktuatorelement ist dabei ausgeführt, den Löschbehälter derart durch die Formänderung zu betätigen, dass sich der Löschbehälter entleert. Dabei kann das Aktuatorelement den Löschbehälter direkt betätigen oder alternativ eine entsprechende mechanische Vorrichtung an den Düsen oder Perforationen auslösen.
Das Löschsystem mit einem Aktuatorelement, welches auch als Aktorelement bezeichnet werden kann, und welches ein Thermobimetall aufweist, kann rein mechanisch und unabhängig von einer Spannungsquelle funktionieren. Anders ausgedrückt sind hier für die Betätigung bzw. Auslösung des Löschsystems keine elektrischen Bauelemente nötig. Hierdurch kann die Sicherheit bei einem Brand, zum Beispiel bei einem Ausfall von Überwachungseinrichtungen und Schutzschaltungen, zusätzlich erhöht werden.
Als Auslöser des Löschsystems kann auch z.B. ein mit Flüssigkeit gefülltes Röhrchen dienen, welches bei einer bestimmten Temperatur zerstört wird und damit mechanisch die Löscheinrichtung auslöst.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Löschmedium ausgeführt, den Brand durch Ersticken zu bekämpfen. Beispielsweise kann das Löschmedium ABC-Löschpulver, insbesondere Aluminiumphosphat und
Aluminiumsulfat aufweisen. Bevorzugterweise weist das Löschmedium ferner Metallbrandlöschpulver auf. Zusätzlich oder alternativ kann das Löschmedium Sand, Zementpulver und Graugusspulver aufweisen. Ferner kann das
Löschmedium Alkalichloride, insbesondere Natriumchlorid aufweisen. Je nach Art der einzelnen Batteriezellen bzw. der Batterie kann eine andere
Zusammensetzung des Löschmediums gewählt werden. Das Löschmedium kann dabei derart in seinen Eigenschaften gewählt sein, dass es bei der jeweiligen Brandtemperatur über der Batterie schmilzt und einen luftdichten Belag bildet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Löschsystems vorgestellt. Das Verfahren weist den folgenden Schritt auf: Versehen einer Batterie mit einem Löschbehälter mit Löschmedium. Das Löschsystem ist dabei ausgeführt, einen Brand der Batterie automatisch durch Entleeren des Löschbehälters zu löschen.
Das Verfahren kann beispielsweise zur Nachrüstung von bereits vorhandenen Batterien eingesetzt werden. Dabei kann ein Löschbehälter seitlich oder über dem Gehäuse der Batterie angeordnet werden. Ferner kann eine Löschvorrichtung mit Düsen über dem Gehäuse der Batterie angeordnet werden. Der Löschbehälter ist dabei direkt an der Löschvorrichtung angeordnet und angeschlossen oder mit dieser über eine Leitung verbunden.
Alternativ kann das Verfahren zur Herstellung neuer Batterien eingesetzt werden, bei denen der Löschbehälter direkt in einen doppelwandigen Deckel des
Gehäuses integriert ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung des oben beschriebenen Löschsystems in einem Hybridfahrzeug oder in einem
Elektrofahrzeug vorgestellt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem
Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Löschsystem mit einem im Gehäuse integrierten Löschbehälter gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Löschsystems mit einem zusätzlichen Rauchmelder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Löschsystems mit Düsen zum Verteilten des Löschmediums gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung
Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Löschsystems mit Perforationen zum Verteilten des Löschmediums gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein Löschsystem 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Löschsystem 1 weist dabei eine Batterie 3 mit einem Gehäuse 5 und einem Löschbehälter 7 mit einem Löschmedium 25 auf. Ferner weist die Batterie 3 eine Löschvorrichtung 8 mit Düsen 9 auf. Die Düsen sind dabei in Perforationen 15 am Gehäuse 5 integriert. Die Batterie 3 ist als Hochvoltbatterie ausgeführt und ist dabei aus mehreren bzw. aus einer Vielzahl von Batteriezellen 23 zusammengesetzt. Die
Batteriezellen 23 sind im Gehäuse 5 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist das Gehäuse 5, insbesondere der Gehäusedeckel doppelwandig ausgeführt. Das Gehäuse weist dabei eine Innenwand 11 und eine Außenwand 13 auf. Zwischen der Innenwand 11 und der Außenwand 13 ist der
Löschbehälter 7 mit dem Löschmedium 25, sowie die Löschvorrichtung 8 angeordnet. An der Innenwand 11 sind ferner Perforationen 15 in Form von Öffnungen vorgesehen. Die Perforationen 15 können dabei einen Teil der Löschvorrichtung 8 bilden.
Des Weiteren ist ein Temperatursensor 17 an der Batterie 3 vorgesehen.
Insbesondere ist der Temperatursensor 17 im Inneren des Gehäuses 5 angeordnet. Der Temperatursensor 17 ermittelt dabei in vorgegebenen
Zeitabständen oder kontinuierlich einen aktuellen Temperaturwert an der Batterie 3. Ferner übermittelt der Temperatursensor 17 den ermittelten aktuellen
Temperaturwert an eine Steuereinheit 19. Die Steuereinheit 19 ist im
dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 außerhalb des Gehäuses 5 der Batterie 3 angeordnet. Alternativ kann die Steuereinheit 19 am oder im Gehäuse 5 angeordnet sein. Die Steuereinheit 19 vergleicht den ermittelten aktuellen Temperaturmesswert mit einem Temperaturschwellenwert. Liegt der ermittelte aktuelle Temperaturmesswert über dem vorgegebenen
Temperaturschwellenwert, so löst die Steuereinheit 19 automatisch ein Entleeren des Löschbehälters 7 aus, so dass das Löschmedium 25 über der Batterie 3 verteilt wird. Hierzu kann die Steuereinheit 19 mit der Löschvorrichtung 8, insbesondere mit den in der Innenwand 11 vorgesehenen Perforationen 15, und/oder mit dem Löschbehälter 7 verbunden sein. Sollte somit ein Brand an der Batterie über den Temperatursensor 17 detektiert werden, so wird automatisch ein Mechanismus ausgelöst, welcher den Inhalt des Löschbehälters 7, insbesondere ein Metallbrandlöschpulver, über die Batterie 3 sprüht. Auf diese Weise wird ein entstehender Brand bereits im Ausbrechen gestoppt und die Sicherheit beispielsweise in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug erhöht.
Im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines Löschsystems 1 dargestellt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist der Löschbehälter 7 außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet. Ferner sind im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Düsen 9 der Löschvorrichtung
8 direkt über der Batterie 3 bzw. über dem Gehäuse 5 der Batterie 3 angeordnet. Die Düsen 9 begünstigen dabei eine gleichmäßige und schnelle Verteilung des Löschmediums 25 über der Batterie 3 im Brandfall. Die Düsen 9 können dabei z.B. als Flachstrahldüsen ausgeführt sein. Insbesondere können die Düsen 9 Messing und einen Anschluss mit Außengewinde aufweisen. Der Sprühwinkel der Düsen 9 kann z.B. zwischen 105° und 145° liegen. Ferner können die Düsen
9 Durchflussmengen zwischen ca. 0,051 und 757 Liter pro Minute zulassen. Dabei können die Düsen 9 hinsichtlich des Abstands zur Batterie 3, der
Durchflussmenge und des Sprühwinkels auf das System angepasst sein.
Der Löschbehälter 7 ist über eine Leitung 29 mit der Löschvorrichtung 8 und damit mit den Düsen 9 verbunden. Die Leitung 29 kann dabei über einen Anschluss 27 an die die Löschvorrichtung 8 bzw. an die Düsen 9 angeschlossen sein. Des Weiteren ist an den Düsen 9 bzw. am Gehäuse 5 ein zusätzlicher Rauchmelder 31 vorhanden. Der Rauchmelder kann ebenso wie ein
Temperatursensor 17 mit einer Steuereinheit 19 verbunden sein.
Wird beispielsweise Rauch durch den Rauchmelder 31 detektiert, so kann die Steuereinheit 19 ein automatisches Entleeren des Löschbehälters 7 über der Batterie 3 auslösen.
In Fig. 3 ist ein zu Fig. 2 ähnliches Ausführungsbeispiel dargestellt. Der in Fig. 3 nicht dargestellte Löschbehälter 7 ist außerhalb des Gehäuses 5 direkt an der Batterie 3 angeordnet. Das Löschmedium 25 wird hier im Brandfall ebenfalls automatisch mittels Düsen 9 über der Batterie 3 verteilt. Im Unterschied zu den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kein Temperatursensor 17 und keine Steuereinheit 19 vorgesehen.
Stattdessen weist das Löschsystem 1 im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ein Aktuatorelement 21 auf, welches ein Thermobimetall, auch als Bimetall bezeichnet, aufweist.
Das Thermobimetall kann dabei Metallstreifen aus unterschiedlichen Metallen aufweisen, die miteinander stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sind. Das Thermobimetall kann zum Beispiel in Form einer Feder ausgeführt sein. Die verschiedenen Metalle weisen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass das Thermobimetall seine Form bei Temperaturänderungen verändert. Beispielsweise können die verwendeten Metalle Zink und Stahl sein. Das Thermobimetall kann derart gewählt und an dem Löschbehälter 7 bzw. an den Düsen 9 angeordnet sein, dass bei Erreichen bzw. Überschreiten einer
Schwellentemperatur automatisch die Löschvorrichtung 8 bzw. die Düsen 9 betätigt bzw. geöffnet werden.
Die Auslösung des Löschmechanismus erfolgt mechanisch oder wie oben beschrieben durch ein Thermobimetall bzw. über einen Bimetall-
Temperaturschalter, der z.B. über eine Armatur bzw. über ein mechanisch betätigtes Ventil den Löschbehälter 7 aktiviert. Alternativ kann z.B. ein mit Flüssigkeit gefülltes Röhrchen als Auslöser des Löschsystems dienen. Das Röhrchen kann dabei derart ausgeführt sein, dass es bei einer bestimmten Temperatur zerstört wird und damit mechanisch die Löscheinrichtung auslöst.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Löschsystems 1 gezeigt. Das Löschsystem 1 in Fig. 4 weist dabei einen außerhalb des Gehäuses 5 angeordneten Löschbehälter 7 auf. Dieser ist dabei direkt am Gehäuse 5 seitlich angeordnet. Ferner ist der Löschbehälter 7 über eine kurze Leitung 29 mit einem
Anschluss 27 verbunden, der das Löschmedium 25 im Brandfall zu Perforationen 15 einer über dem Gehäuse 5 angeordneten Metallplatte führt. Über die
Perforationen 15 wird das Löschmedium 25 verteilt. Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie„aufweisend" oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können Verbindungen mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebener Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

Claims

Ansprüche
1 . Löschsystem (1 ) für Batterien (3), das Löschsystem (1 ) aufweisend
eine Batterie (3) mit einem Gehäuse (5);
einen Löschbehälter (7) mit einem Löschmedium (25);
dadurch gekennzeichnet, dass der Löschbehälter (7) direkt an der Batterie
(3) angeordnet ist;
wobei das Löschsystem (1 ) ausgeführt ist, einen Brand der Batterie (3) automatisch durch Entleeren des Löschbehälters (7) zu löschen.
2. Löschsystem (1 ) gemäß Anspruch 1 , ferner aufweisend
eine Löschvorrichtung (8) mit einer Düse (9);
wobei die Düse (9) an einer der Batterie (3) zugewandten Seite der
Löschvorrichtung (8) angeordnet ist;
wobei das Löschmedium (25) im Brandfall automatisch über die Düse (9) an der Batterie (3) verteilbar ist.
3. Löschsystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2,
wobei das Gehäuse (5) doppelwandig mit einer Innenwand (1 1 ) und einer Außenwand (13) ausgeführt ist;
wobei der Löschbehälter (7) mit Löschmedium (25) direkt in das Gehäuse (5) integriert ist.
4. Löschsystem (1 ) gemäß Anspruch 3,
wobei die Innenwand (1 1 ) des Gehäuses (5) Perforationen (15) aufweist; wobei das Löschmedium (25) im Brandfall automatisch über die
Perforationen (15) an der Batterie (3) verteilbar ist.
5. Löschsystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend einen Temperatursensor (17); und
eine Steuereinheit (19); wobei der Temperatursensor (17) an der Batterie (3) angeordnet ist;
wobei die Steuereinheit (19) funktional mit dem Temperatursensor (17) und mit dem Löschbehälter (7) verbunden ist;
wobei die Steuereinheit (19) ausgeführt ist, einen aktuellen Temperaturwert mittels des Temperatursensors (17) zu ermitteln und mit einem vorgebbaren Temperaturschwellenwert zu vergleichen;
wobei die Steuereinheit (19) ferner ausgeführt ist, das Entleeren des Löschbehälters (17) auszulösen, wenn der aktuell ermittelte Temperaturwert größer ist als der Temperaturschwellenwert.
Löschsystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend ein Aktuatorelement (21 ) zum Entleeren des Löschbehälters (7);
wobei das Aktuatorelement (21 ) ein Thermobimetall aufweist;
wobei das Thermobimetall ausgeführt ist bei Temperaturänderung seine Form zu verändern;
wobei das Aktuatorelement (21 ) ausgeführt ist, den Löschbehälter (7) derart durch die Formänderung zu betätigen, dass sich der Löschbehälter (7) entleert.
Löschsystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei das Löschmedium (25) ausgeführt ist, den Brand durch Ersticken zu bekämpfen.
Verfahren zur Herstellung eines Löschsystems (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das Verfahren aufweisend den folgenden Schritt Versehen einer Batterie (3) mit einem Löschbehälter (7) mit Löschmedium (25);
wobei das Löschsystem (1 ) ausgeführt ist, einen Brand der Batterie (3) automatisch durch Entleeren des Löschbehälters (7) zu löschen.
Verwendung eines Löschsystems (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Hybridfahrzeug oder in einem Elektrofahrzeug.
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