WO2023222454A1 - Vorrichtung und verfahren zum laden einer elektrischen batterie - Google Patents

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WO2023222454A1
WO2023222454A1 PCT/EP2023/062269 EP2023062269W WO2023222454A1 WO 2023222454 A1 WO2023222454 A1 WO 2023222454A1 EP 2023062269 W EP2023062269 W EP 2023062269W WO 2023222454 A1 WO2023222454 A1 WO 2023222454A1
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WO
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unit
battery
interior
charging
recording unit
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PCT/EP2023/062269
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Claude Valerius
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FISACON GmbH
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    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
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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
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways

Definitions

  • the invention relates to a recording unit according to the preamble of claim 1 and a method for electrical charging and/or safe storage of an electrically rechargeable battery according to the preamble of claim 20.
  • Charging devices for batteries are known in the prior art. These can be differentiated into systems in which two-wheelers are held and secured in the charging station while the rechargeable battery is charged in parallel.
  • Such a device is disclosed, for example, in DE 20 2012 104 011 U1.
  • the battery to be charged is separated from the two-wheeler for the recharging process and connected to a charging device in a secure receiving unit, charged and monitored there.
  • Such service machines are known, for example, from DE 10 2010 040 388 A1 or DE 10 2016 003 508 A1.
  • the receiving unit according to the invention is used for the electrical charging and/or safe storage of an electrically rechargeable battery, and comprises a housing with at least one closure element with an interior in which the storage and/or electrical charging of the battery can take place, the housing being made of a flame-retardant material and/or components is manufactured.
  • the recording unit is generally a mobile or permanently mountable device for the safe and safe charging and storage of, in particular, Li-ion batteries, Li-ion batteries or other energy storage devices, which are hereinafter referred to as batteries for simplicity. These batteries currently have a total capacity of an average of 650 Wh to 1000 Wh. However, capacity is expected to continue to increase in the next few years.
  • the recording unit has storage space for at least one battery and optionally includes a charger.
  • the interface unit can be part of the charger or connected to it.
  • the flame-retardant material is advantageously a plate-like component. This can be inserted into suitable frame elements and/or held in a form-fitting manner.
  • suitable frame elements are known, for example, as ITEM frames or ITEM profiles.
  • the flame-retardant material or the component is a flame-retardant material or component according to EN 13501-1, DIN 4102-1, ASTM E84 Class A and/or ASTM D1929-16, in particular one according to EN 13501-1 and/or according to DIN 4102-1 of class A1 or A2, in particular according to s1 and dO, which is non-combustible or difficult to combust and/or does not contribute to fire.
  • this recording unit with the components mentioned is that even in the event of a thermal runaway, i.e. overheating and/or fire of a battery during the charging and/or storage process, it remains securely enclosed and the recording unit even remains together, if desired with the damaged battery can be taken to a safe place.
  • an advantage can be that the flame-retardant component is made of a layer material, comprising at least one metal layer and an inhibitory layer, in particular two metal layers and an inhibitory layer arranged between them.
  • the inhibitory layer itself can also be a layer material.
  • a further advantage can be if a functional layer is also provided.
  • a further advantage can be if the inhibitory layer is designed as a functional layer or if an additional functional layer is provided.
  • a functional layer is understood to be a layer that has additional functions (features), such as increasing the stiffening through a honeycomb core or a honeycomb structure (honeycomb structure).
  • a particularly advantageous embodiment can consist in the inhibitory layer being designed as a functional layer in a honeycomb structure, the honeycombs being filled with gas, usually with air, or alternatively being at least partially filled.
  • the filling material can in particular be a flame-retardant polymer, in particular LD polyethylene, and/or a mineral material, such as in particular aluminum hydroxide and a mixture thereof.
  • the metal layer is advantageously made of aluminum or an aluminum material, for example an aluminum plate or an aluminum cover plate.
  • aluminum or aluminum material means, in addition to pure aluminum, also an alloy that includes aluminum as the main component.
  • the layer material consists of a flame-retardant or non-combustible material, preferably a non-combustible polymer core, and has a thickness (thickness) of at least 1.5 mm, ideally a thickness (thickness) of 2-7 mm. In the case of a metal layer made of aluminum, this has a thickness of 0.2 to 1 mm, ideally between 0.5 mm and 0.7 mm +/- 0.05 mm.
  • the total thickness of the component can be between 3 and 25 mm, preferably between 4 and 10 mm.
  • the strength (thickness) of the inhibitory layer in particular is varied and the strength (thickness) of the metal layer increases significantly less or remains constant.
  • the layer material and in particular the metal layer should also have a linear thermal expansion coefficient of a maximum of 3 mm/m (+/-0.3 mm/m), ideally a maximum of 2.4 mm /m (+/- 0.25 mm/m) for a difference of 100°C.
  • the thickness of the metal layer and the flame-retardant layer material can be adjusted and, for example, have a thickness of 6 mm or more. It is also possible to insert a structural element between two flame-retardant layer materials to increase the mechanical properties.
  • a further advantage may be to provide additional flame-retardant layer materials or layers.
  • the inhibitory layer can advantageously be a material classified and qualified as A1 or A2 in the (layer) composite according to EN 13501-1 and/or DIN 4102-1.
  • This can be a gypsum fiber board, a glass or rock wool fiber board that has been pressed into stable boards under high pressure.
  • the inhibitory layer can also be made from a suitable polymer, in particular LD polyethylene, and/or from a mineral material, such as in particular aluminum hydroxide and a mixture thereof.
  • At least two composite panels can be incorporated into a frame member to increase rigidity and withstand high temperatures and pressures for a longer period of time.
  • This can in particular be a frame element that is connected to a first composite panel, through which frame element an intermediate layer or a free space (filled with air) is created.
  • the intermediate layer can have an independent component, such as a fiberboard.
  • the composite panels in particular individual partial surfaces of the composite panels, can be additionally reinforced in order to increase the rigidity and withstand high temperatures (greater than 700 ° C) and high Withstand pressures (greater than 1.2 bar) for a longer period of time.
  • high temperatures greater than 700 ° C
  • Withstand pressures greater than 1.2 bar
  • either an identical material can be applied via positive locking, frictional locking and/or material locking, particularly in the area of the closure element.
  • high-density synthetic resin pressed wood can also be used.
  • At least two separate (partial) rooms there are at least two separate (partial) rooms, a functional room and a battery room, with the functional room preferably being at the top and the battery room being at the bottom.
  • At least one intermediate plate is arranged between the functional space and the battery space, wherein the at least one intermediate plate is at least partially manufactured as an at least flame-retardant and/or explosion-protecting component.
  • This intermediate plate can be made of an identical component or similar.
  • the intermediate plate advantageously has the following material values determined according to DIN 7707:
  • the intermediate plate or other components can be made entirely or partially from highly compressed synthetic resin pressed wood.
  • a gas outlet opening is provided in the interior, via which a transition is formed from the interior to the atmosphere.
  • the transition can lead directly or indirectly to the atmosphere, so that a discharge or a transition via a functional element and/or into an exhaust or flue gas duct or a chimney can also be provided.
  • the recording unit as a whole can be positioned in such a way that, even in the event of an accident, hot smoke gases are discharged in such a way that, on the one hand, access to the recording unit or escape away from or past the recording unit is possible.
  • the receiving unit and the associated gas outlet opening can in particular be aligned in such a way that hot smoke gases or a flame front are directed specifically into an open space or via pipes to be connected to the outside area or other exhaust systems or exhaust air purification or against a non-combustible element, such as a stone wall.
  • a battery can be charged in the interior of the housing.
  • a loading area can be provided in the interior or a subspace of the interior.
  • an interface unit is arranged in the interior or in at least one subspace, via which a detachable, current-conducting connection to at least one battery and to an internal and / or external voltage source can be established directly or indirectly via, for example, other electronic components.
  • Another electronic component can be, for example, a DC/DC or AC/DC converter.
  • the interface unit can be an at least two-wire power plug that is led to the charging area via a power line.
  • the interface device can also be a rigid power and data-conducting connector strip, such as a docking station, via which a battery can be connected to conduct power and data and can be charged electrically.
  • the interface unit can be part of an electrical charging device and/or essentially represent it.
  • the charging area is the place in the interior of the receiving unit or a subspace thereof in which the battery is arranged when it is charged as intended. In the simplest case, this is the floor of the interior or a part of it.
  • At least one fluid-mechanical functional element is provided at least on one side of the gas outlet opening.
  • the functional element serves to specifically influence the thermal and/or fluid mechanical properties in the interior.
  • the functional element can in particular include the following:
  • ⁇ be an overpressure element, such as a controlled valve, a pressure relief valve, a pressure washer, etc. and/or
  • a filter unit which may also be or include a solid or liquid sorbent.
  • a sorbent means both an adsorbent in which an attachment occurs and also an absorbent in which a diffusion of substances, here flue gases, takes place into the interior of a solid or a liquid as an absorbent.
  • the filter unit comprises or consists of an absorption material, such as the following absorption materials:
  • the absorption material can consist of a packing or bed made of the material mentioned above or can include this as a component.
  • the filter material or the filter unit can also serve to at least partially exclude thermal energy from the flue gases.
  • the filter material can in particular be a metallic material and/or a material that is permeable to air and/or brittle.
  • At least one throttle is provided in the gas path of the gas outlet opening and the filter unit, which can also be a regulated throttle.
  • a regulated pressure relief for the interior takes place immediately, which can take place in particular in series with the filter unit.
  • another line route can be provided via another filter unit or the same filter unit, which enables larger quantities of (smoke) gas to be released after the emergency opening of a pressure relief valve or the destruction of a rupture disk.
  • the filter unit can be attached in the interior of the receiving unit or on the outside.
  • the interior comprises an extinguishing unit, wherein the extinguishing unit comprises at least one extinguishing agent reservoir and/or can be connected thereto, and wherein extinguishing agent outlets are included, via which extinguishing agent can be released onto or into the charging area of the battery.
  • An improvement can also consist in providing a further storage container in which a neutralizing agent that is different from the extinguishing agent can be stored.
  • a conveyor device and/or a distribution system can be provided to release the neutralizing agent onto or into the loading area. It is advantageous if the neutralizing agent can be released onto or into the loading area via the extinguishing agent outlets.
  • the extinguishing unit can be activated via a manual trigger so that it releases extinguishing agent into the loading area (extinguishing).
  • this is connected to a control unit and/or a sensor or a thermal switch, so that if a limit value is exceeded, the deletion is triggered.
  • the extinguishing unit is arranged in the functional space and/or a separate extinguishing agent space.
  • the extinguishing unit can be arranged in the upper interior of the recording unit and spatially and thermally separated from the lower interior by one or more suitable intermediate elements or ceilings etc.
  • all functional and connecting parts of the extinguishing unit are located in an area or subspace of the interior (extinguishing agent room) where the battery is not charged or stored, which means that they are not in the endangered area of the interior in the event of an accident due to the thermal separation.
  • the battery room, the sensors or detection units, at least one outlet nozzle or outlet opening for the extinguishing agent, the connections for the interface unit and at least part of the exhaust system are accommodated.
  • the extinguishing agent room has at least one intermediate plate as the floor and/or ceiling, the at least one intermediate plate being at least partially manufactured as a flame-retardant and/or explosion-protecting component.
  • the quality of this intermediate plate can in particular be designed analogously to the intermediate plate mentioned above.
  • an integrated compressed gas-free extinguishing unit in which, in the event of an accident, a quantity of an extinguishing agent is guided by means of a pump from a reservoir in the form of, for example, a tank or a bag to the attachment or storage location of the battery and released there .
  • the recording unit has at least one sensor for detecting a physical quantity (G), an analog or digital control unit and a Extinguishing unit includes, and in particular at least a part or a unit of the sensor is housed outside the battery room and primarily in the functional room and / or the extinguishing agent room.
  • G physical quantity
  • an analog or digital control unit includes, and in particular at least a part or a unit of the sensor is housed outside the battery room and primarily in the functional room and / or the extinguishing agent room.
  • the metallic end of a resistance sensor can be placed in the battery compartment and/or opposite the charging area.
  • a sensor head can be arranged inside the battery compartment and on a metallic inner surface, with the sensor head itself being thermally protected from the battery compartment and a direct flame front. The sensor head can therefore detect the component temperature over a long period of time, even in the event of an accident, and the temperature in the interior or the battery room can be estimated in a control unit.
  • control unit is equipped or connected to other common electrical, electronic or microelectronic components and controls them that are required to carry out the method, such as opening and closing a valve, exchanging measured values/data with a receiving device. or display unit, on or outside of the recording unit.
  • the control unit or a subcomponent thereof also monitors and/or controls the charging process via the interface unit in a known manner.
  • the recording unit is advantageously equipped with at least one (in particular wireless) transmission unit and/or a sensor with a (in particular wireless) transmission unit.
  • a transmitter unit for wireless radio communication it can be equipped to establish a connection to, for example, an existing home surveillance system or a mobile device, such as a smartphone, a laptop, a table computer via Bluetooth, WLAN, GSM, 3G, 4G, 5G or other suitable radio connections or another suitable transmission protocol.
  • a user can receive the status of the charging process and, of course, warnings at any time.
  • Sending information or warnings can also consist of issuing an optical or acoustic signal, with the emitter being mounted directly in or on the housing of the recording unit.
  • the recording unit can be used flexibly and with its safety and warning functions for as long as possible in the event of an accident can be kept actively available.
  • the recording unit can thus be further improved by providing a mains-independent battery or a rechargeable battery and/or a further power supply that is independent of the interface unit. This affects all elements that do not belong to the interface unit.
  • the recording unit can be operated independently for at least a while and the monitoring of the battery and/or the release of the extinguishing agent can be continued without the recording unit having to remain at the installation location or be connected to a permanent external power supply.
  • This self-sufficient power supply is used in particular to operate the extinguishing unit, the sensors, the transmitting unit and/or a suitable warning system (light, sound).
  • the voltage source can in particular be in the low-voltage range of, for example, 12V to 24V.
  • the receiving unit has at least two housing shells that can be closed around a component or supporting part.
  • a battery can remain on, for example, a frame section or a bar of a two-wheeler.
  • the receiving unit in particular the battery space of the interior of the receiving unit, is arranged and closed in a capsule-like manner around the battery and the component or carrying part, including the battery arranged or inserted there.
  • the recording unit itself is either connected to a power source via a charging cable or a housing part of a recording unit can be attached as a fastening unit to a charging station or an external support frame via an external coupling unit, in particular releasably fastened, such as a quick coupling, which is opened and closed manually, without tools can be.
  • the receiving unit advantageously has a sealing element, in particular a non-flammable or only flame-retardant sealing element, which is in particular elastically deformable, at least in the area of the insertion or passage of the component or support part on which the battery is arranged or inserted.
  • a sealing element in particular a non-flammable or only flame-retardant sealing element, which is in particular elastically deformable, at least in the area of the insertion or passage of the component or support part on which the battery is arranged or inserted.
  • the receiving unit can comprise a fastening unit by means of which the individual receiving unit can be fastened on or to an external support frame.
  • This fastening unit should in particular be designed as a quick-release device so that in the event of an accident, an individual receiving unit can be easily detached from the support frame and removed.
  • the receiving unit for a component or supporting part, such as a frame section or a bicycle rod is designed to be enclosed in a capsule-like manner.
  • the bicycle inserted in sections in the receiving unit can be removed together with the receiving unit without it having to be opened.
  • the invention also includes a method for electrically charging and/or safely storing an electrically rechargeable battery. This is characterized in that the battery is inserted into a receiving unit for electrical charging, which is designed according to one of the previous embodiments and/or variants.
  • the method according to the invention for electrically charging and/or safely storing an electrically rechargeable battery includes the following method steps: a) inserting at least one electric battery into a receiving unit and connecting the battery within the receiving unit to an electrical interface unit.
  • the electrical interface unit should not be understood in a restrictive manner and includes plug connections that can be connected directly to a battery and/or a (charging) charger or, for example, line connections with a plug at a free end that can be connected to a battery.
  • the housing of the recording unit is closed via a flap or door and, if necessary, also secured in a suitable manner against theft.
  • a corresponding acoustic and/or visual warning signal can also be sent and/or include data transmission.
  • rechargeable battery and “battery” are used synonymously and in this case always means a rechargeable battery or a rechargeable battery.
  • local or digital billing and payment systems in particular cashless (online) payment systems, can be used, which are known and will not be explained in more detail.
  • the physical quantity is, for example, a temperature, a temperature increase, the air pressure, a partial pressure of a gas component and/or a gas proportion.
  • the presence of a flue gas can be monitored.
  • the temperature in the recording unit or the pressure are recorded.
  • the temperature of the surface of the inserted battery can also be recorded, in particular via a contactless temperature measuring device.
  • an extinguishing agent is introduced into the interior of the receiving unit, in particular the introduction of CO2, N2 and/or an extinguishing foam. Additionally or alternatively, it can also be provided that an inert solid component is released into the interior of the receiving unit, in which case the battery should be completely covered.
  • the solid component can be a fine-grained sand, although it can also be advantageous to introduce an absorbent that binds pollutants released in the event of heat or fire.
  • an absorbent that binds pollutants released in the event of heat or fire.
  • the extinguishing step includes introducing an extinguishing agent by means of a conveying means, such as a pump.
  • a conveying means such as a pump.
  • the subsequent monitoring phase it can be advantageous if at least temporary cooling and/or ventilation of the recording unit takes place, which is carried out in particular for the interior of the recording unit and/or specifically for the battery.
  • cold gas can be introduced, such as N2 from a suitable tank or a gas cartridge installed in the receiving unit, in particular from a tank or a storage container arranged in the interior, the functional space and/or the extinguishing agent space.
  • the necessary devices and valves must be provided for this, which are advantageously also arranged in the interior or one of the sub-spaces.
  • at least one warning message is sent in the follow-up monitoring phase, which can be perceived outside the recording unit and/or is received by an external, data-connected device.
  • This data line can also be wireless via WLAN, Bluetooth, GSM, 3G, 4G, 5G or other suitable radio connections.
  • the first subsequent treatment involves mechanically releasing and/or separating the receiving unit from a carrier element that holds or supports the receiving unit. This can be done fully automatically. In this way, it is possible that the individual damaged recording unit can be removed at an early stage and brought to a safe location.
  • the recording unit since in such an accident the recording unit should remain closed for safety reasons, it is advantageous if the recording unit includes its own battery or accumulator, which acts as a power source to supply the electronic components, for example with 12V or 24V, for as long as possible, especially the sensors and/or the components of the cooling or extinguishing unit should work.
  • the recording unit includes its own battery or accumulator, which acts as a power source to supply the electronic components, for example with 12V or 24V, for as long as possible, especially the sensors and/or the components of the cooling or extinguishing unit should work.
  • the recording unit, the connection unit and/or the interface unit are physically separated from the battery in connection with the second subsequent treatment.
  • a neutralization step takes place by releasing a neutralizing agent into the interior and/or a partial space of the interior, in particular via the extinguishing agent outlets.
  • This neutralization step takes place in particular after a deletion step or between two deletion steps.
  • a neutralizing agent that is different from the extinguishing agent is released from a (further) storage container, for example into the loading area.
  • separate distribution and outlet devices can be provided or the distribution and introduction takes place via the extinguishing agent outlets on or into the loading area.
  • the neutralizing agent can be, for example, an aqueous milk of lime, by means of which can neutralize toxic fire residues.
  • Two or more batteries can also be stored and/or charged in the interior or a subspace of the recording unit.
  • at least one battery can be charged and at least one further battery can only be stored without being charged.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the recording unit according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a top view of an alternative embodiment of the recording unit with schematic components in the interior
  • Fig. 4 is a horizontal sectional view of a wall section of the housing
  • Fig. 5 shows a frame element (partial image I), an intermediate support (partial image II) and a corner element (partial image III) in three partial images.
  • the opened recording unit 100 is shown as a mobile charging box, in the interior 110 of which a rechargeable battery 200 is inserted in the charging area 106.
  • the housing 102 is designed on six sides and has a flap on the long side shown at the front as a closure element 104, which is mounted on a frame element 116 and opens downwards.
  • the battery 200 is connected to the interface unit 110.
  • the interior 110 is divided into two sub-spaces, an upper functional space 112 and a lower battery space 114.
  • the upper functional space 112 is provided with a additional closure strip closed, which is covered by this when the closure element 104 is closed and is located on the inside. Furthermore, an unspecified or described locking mechanism can be seen on the closure element 104.
  • a gas outlet opening 122 can be seen, which represents a connection from the battery compartment 114 to the atmosphere. This is covered with a lamella element that fulfills a certain flow-conducting function.
  • a light as a display unit 164, a carrying handle 160 and a supply switch 162 are arranged.
  • the plug unit with which the recording unit 100 can be connected to, for example, a 220/230 V voltage source via a power cable cannot be seen.
  • the recording unit 100 and all internal electronic components can be switched centrally.
  • all six enclosing sides of the housing 102 are made of a lightweight, flame-retardant material, as described above and in particular in connection with FIG. 4 in detail.
  • Figure 2 shows the receiving unit according to Figure 1.
  • the respective side plates of the housing 102 are accommodated in the frame elements 116 having grooves and guides 182.
  • the frame elements are connected to one another via corner elements 118 using pins or screws.
  • the lower frame elements 116 have feet 144 on which the recording unit 100 can stand.
  • the interior 110 is, as described above, divided into an upper functional space 112 and a lower battery space 114, which are separated from one another by an intermediate plate 120.
  • the intermediate plate 120 is inserted into grooves and guides 182 of the intermediate support 146, analogous to the ceiling plate and the base plate, and is thereby supported.
  • the intermediate plate 120 is made of or consists of a composite material and is a qualified component according to VPAM-PM2007 Classes 4, 6 and 7. This separates the respective rooms from each other in a vertical direction thermally and explosively mechanically.
  • 3 shows an opened recording unit 100, in which the interior 110 is divided into three subspaces, each of which is separated from one another in the vertical direction by an intermediate plate 120 qualified for classes 4, 6 and 7 according to VPAM-PM2007.
  • the closure element 104 is designed as a door or flap which is pivotally mounted on a vertical hinge and is shown in a left-open position.
  • a control unit 140 with a transmitting unit 180, an electronic connection unit 142 and a functional element 124 is arranged in the upper functional space 112.
  • An extinguishing agent space 136 is arranged below the functional space 112.
  • the extinguishing agent chamber 136 houses an extinguishing agent reservoir 132, a pump 170, a valve unit 172 and unspecified lines which lead to extinguishing agent outlets 134 and which are arranged above the loading area 108.
  • a flowable extinguishing agent can be directed into the battery chamber 114 and to the charging area 108 via the valve unit 172. Furthermore, if necessary, the gap 168 can be filled with an extinguishing agent.
  • the valve unit 172 is controlled by the control unit 140 in the example shown.
  • the lowest subspace of the interior 110 is the battery space 114, in which the battery 200 to be charged and a part of the interface unit 106 are arranged, to which the battery 200 is connected in a current-conducting manner.
  • the interface unit 106 itself is held in an intermediate wall 166.
  • the current-carrying line 174 leads from the interface unit 106, through the intermediate space 168, which is formed behind the intermediate wall 166, to the connection unit 142 in the upper functional space 112.
  • the interface unit 106 is connected to the control unit and/or an external charging and control unit via a control line shown in dash-dotted lines and not specified in more detail.
  • Two sensors are arranged in the extinguishing agent space 136, a temperature sensor 176 and a pressure sensor 178. Both sensors protrude with the detection end of the sensor through the intermediate plate 120 into the battery space 114.
  • the sensors are connected to the control unit 140 via current and data-conducting lines shown in dash-dotted lines.
  • the functional element 124 in the functional space 112 adjoins a gas outlet opening 122 and has a filter element 128 on the input side and, downstream of this, an overpressure element 126, which in the present case is a spring-loaded overpressure valve is trained.
  • an overpressure element 126 which in the present case is a spring-loaded overpressure valve is trained.
  • a functional element 124 and/or the associated gas outlet opening 122 is arranged in the battery space 114.
  • only one filter unit and/or only one pressure relief valve can be provided.
  • a one-sided structure is shown in part I.
  • the flame-retardant component 150 of the housing 102 has an outer metal layer 152, which consists of a 0.5 mm thick aluminum plate.
  • a coating 158 is optionally applied to the outside of the metal layer 152.
  • This coating 158 can be, for example, a polyvinylidene fluoride (PVDF) or another suitable paint or powder coating.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • An adhesion layer 156 and subsequently an inhibitory layer 154 are applied to the inside of the metal layer 152.
  • the inhibitory layer 154 is coated with a coating 158 on the inside of the room.
  • Partial image II shows an improved embodiment compared to partial image I., in which a further adhesion layer 156 is arranged on the inside of the inhibitory layer 154 and then a second metal layer 152 that closes towards the interior 110.
  • the second, inner adhesion layer 156 and the second, inner metal layer 152 can basically correspond to those in partial image I.
  • the overall layer has a thickness of 3 to 5 mm, with the layer thickness in partial image II being 5 mm, and the two aluminum layers 152 each being 0.5 mm thick.
  • the inhibitory layer is made from a non-flammable LD polyethylene.
  • the inhibitory layer formed of a honeycomb structure or have such a honeycomb structure at least in one layer or layer.
  • Figure 5 shows a frame element 116 in a sectional view in partial image I.
  • the frame element 116 has a basic triangular shape and has two guides 182, three inner cavities 184 and a connecting element 186.
  • the connecting element 186 is arranged centrally between the two cavities 184 and the two guides 182 and has, for example, an internal thread.
  • a component 150 is inserted into one of the guides 182 and clamped there, the component 150 having a thickness 196 of 4 mm.
  • the guide depth 192 measured from the outside to an inner stop, can be 8 to 15 mm and is in this case designed to be 10 mm.
  • the free ends of the guide flanks 190 are provided with a thickening or a material reinforcement and/or designed monolithically as a material reinforcement.
  • the free ends are L-shaped, pointing inwards or designed as a curve.
  • the guide width 194 correlates with the component 150 to be accommodated and is the same size or up to 0.2 mm smaller.
  • FIG. 5 shows the section through an intermediate carrier 146, which has three guides 182 and an inner cavity 184.
  • the left side is on the outside and the guide 182 pointing to the right is intended to accommodate an intermediate plate 120.
  • the upper and lower guides 182, which in the example shown are aligned at right angles to the guide 186 which is open to the right, are intended in the above example for receiving external components 150 of the housing 102.
  • the partial image shows III. 5 shows a corner element 118 for the non-positive connection of three frame elements 116, for which purpose the corner element 118 has a bore 188 in all three wall surfaces 198. Screws can be used to screw the holes 188, which can be arranged in alignment with a connecting element 186 of a frame element 116.
  • a receiving unit 100 made from the combination of the components 150 described herein with these or comparable frame elements 116 has a very high protective effect against heat and internal explosions and at the same time are very light.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinheit zur elektrischen Beladung und/oder sicheren Lagerung einer elektrisch- wiederaufladbaren Batterie, umfassend ein Gehäuse mit einem Verschlusselemente, eine Interfaceeinheit im Innenraum des Gehäuses zur Herstellung einer lösbaren, stromleitenden Verbindung der Batterie in einem Ladebereich mit einer Spannungsquelle, wobei das Gehäuse aus einem flammhemmenden Material und/oder flammhemmenden Bauelementen hergestellt ist. Weiterhin ist von der Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Beladen und/oder sicheren Lagern einer elektrisch-wiederaufladbaren Batterie in der Aufnahmeeinheit umfasst.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer elektrischen Batterie
Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum elektrischen Beladen und/oder sicheren Lagern einer elektrisch-wiederaufladbaren Batterie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
Ladvorrichtungen für Batterien, insbesondere für Zweiräder sind im Stand der Technik bekannt. Diese können unterschieden werden in Systemen, bei denen Zweiräder in der Ladestation gehalten und gesichert wird, während parallel die wiederaufladbare Batterie (Akku) geladen wird. Eine solche Vorrichtung offenbart beispielsweise die DE 20 2012 104 011 U1 .
Bei dem zweiten System wird die zu ladende Batterie von dem Zweirad für den Vorgang des Wiederaufladens getrennt und in einer gesicherten Aufnahmeeinheit mit einer Ladevorrichtung verbunden, geladen und dort auch überwacht. Solche Serviceautomaten sind beispielsweise aus der DE 10 2010 040 388 A1 oder der DE 10 2016 003 508 A1 bekannt.
Die stark zugenommene Elektrifizierung mittels wiederaufladbarer Akkus betriebener Maschinen und Geräte und den hierfür erforderlichen hohen Leistungen, stellt im Falle eines defekten Akkus oder Ladegerät eine bedeutsame Gefahr dar, insbesondere bei der Beladung in einer Ladestation oder einer geschlossenen Aufnahmeeinheit oder wenn ein Batteriebrand benachbart zu brennbaren Stoffen oder Bauteilen erfolgt.
Zum einen ist der reale Zustand eines Akkus, der sich im ständigen Gebrauch befindet für den Nutzer sehr schlecht abschätzbar, weiterhin erhöht die ständig steigende Leistungsfähigkeit und der steigende Energiegehalt moderner Akkus das Risiko und Ausmaß eines thermischen Ereignisses (Thermal Runaway), also einer unkontrollierten exothermen Reaktion.
Es besteht somit ein erhöhter Bedarf für ein schnelles und sicheres Lade- und Lagerverfahren und eine entsprechende Interfaceeinheit, womit eine sichere Beladung eines Akkus möglich ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Aufnahmeeinheit nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 20.
Vorteilhaften Ausführungsformen sind in den jeweils zugehörigen Unteransprüchen aufgeführt.
Die erfindungsgemäße Aufnahmeeinheit dient zur elektrischen Beladung und/oder sicheren Lagerung einer elektrisch- wiederaufladbaren Batterie, und umfasst ein Gehäuse mit mindestens einem Verschlusselement mit einem Innenraum in dem die Lagerung und/oder elektrische Beladung der Batterie erfolgen kann, wobei das Gehäuse aus einem flammhemmenden Material und/oder Bauelementen hergestellt ist.
Die Aufnahmeeinheit ist ganz allgemein eine mobile oder eine fest montierbare Vorrichtung zum gefahrlosen und sicheren Laden und Lagern von insbesondere Li- Ion Akkus, Li-Ion Batterien oder sonstigen Energiespeichern, die nachfolgend vereinfachend als Batterie bezeichnet werden. Üblicherweise weisen diese Batterien aktuell eine Gesamtkapazität von durchschnittlich 650 Wh bis zu 1000 Wh auf. Allerdings wird erwartet, dass in den nächsten Jahren die Kapazität weiter steigt. Die Aufnahmeeinheit hat Stauraum für mindestens eine Batterie und umfasst gegebenenfalls ein Ladegerät. Insbesondere kann die Interfaceeinheit ein Teil des Ladegerätes sein oder hiermit verbunden sein.
Das flammhemmende Material ist vorteilhafterweise ein plattenartiges Bauelement. Dieses kann in geeigneten Rahmenelementen eingelegt und/oder formschlüssig gefasst sein. Solche Rahmenelemente sind beispielsweise als ITEM-Rahmen oder ITEM-Profile bekannt.
Bei einer weiter verbesserten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass das flammhemmende Material bzw. das Bauelement ein nach EN 13501-1 , DIN 4102-1 , ASTM E84 Class A und/oder ASTM D1929-16 flammhemmendes Material bzw. Bauelement ist, insbesondere ein nach EN 13501-1 und/oder nach DIN 4102-1 der Klasse A1 oder A2, insbesondere gemäß s1 und dO, welches nicht oder schwer brennbar ist und/oder keinen Brandbeitrag leistet.
Auch wenn hier konkrete Normen genannt sind, soll dies nicht einschränkend verstanden werden und in analoger Weise auch Standards und Normen umfassen, die eine vergleichbare oder höhere Schutzwirkung haben und gegebenenfalls in Zukunft entwickelt werden. Der große Vorteil dieser Aufnahmeeinheit mit den genannten Bauelementen besteht darin, dass auch bei einem Thermal Runaway, also der Überhitzung und/oder dem Brand einer Batterie beim Lade- und/oder Lagerprozess, diese sicher eingeschlossen bleibt und die Aufnahmeeinheit sogar, wenn gewünscht, gemeinsam mit der havarierten Batterie an einen sicheren Ort gebracht werden kann.
Ein Vorteil kann bei einer weiter verbesserten Ausführungsform darin bestehen, das flammhemmende Bauelement aus einem Schichtmaterial ist, umfassend mindestens eine Metallschicht und eine Hemmschicht, insbesondere zwei Metallschichten und eine dazwischen angeordnete Hemmschicht. Hierbei kann die Hemmschicht selbst auch ein Schichtmaterial sein.
Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, wenn zusätzlich eine Funktionsschicht vorgesehen wird. Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, wenn die Hemmschicht als Funktionsschicht ausgebildet ist oder zusätzlich eine Funktionsschicht vorgesehen wird. Als Funktionsschicht wird hierbei eine Schicht verstanden, die zusätzliche Funktionen (Features) aufweist, wie zum Beispiel die Erhöhung der Versteifung durch einen Wabenkern oder eine Wabenstruktur (Honeycomb-Struktur).
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform kann darin bestehen, dass die Hemmschicht als Funktionsschicht in Wabenstruktur ausgebildet ist, wobei die Waben gasgefüllt sind, in der Regel mit Luft, oder alternativ mindestens teilweise gefüllt ist. Das Füllmaterial kann insbesondere ein flammhemmendes Polymer, insbesondere LD Polyethylen, und/oder ein mineralischer Werkstoff sein, wie insbesondere Aluminiumhydroxid sowie eine Mischung hieraus.
Vorteilhafterweise ist die Metallschicht aus Aluminium oder ein Aluminiumwerkstoff, also beispielsweise eine Aluminiumplatte oder ein Aluminium-Deckblech.
Vorteilhafterweise ist diese im Verbund nach EN 13501 und/oder nach DIN 4102-1 als flammhemmendes oder nicht brennbares Bauelement qualifiziert. Hierbei ist unter Aluminium oder Aluminiummaterial neben reinem Aluminium auch eine Legierung zu verstehen, die als Hauptbestandteil Aluminium umfasst.
Das Schichtmaterial besteht aus einem flammhemmenden oder nichtbrennbaren Material, bevorzugt aus einem nichtbrennbaren Polymerkern und weist eine Stärke (Dicke) von mindestens 1 ,5 mm, idealerweise eine Stärke (Dicke) von 2 -7 mm auf. Im Falle einer Metallschicht aus Aluminium weist diese eine Stärke von 0,2 bis 1 mm auf, idealerweise zwischen 0,5 mm und 0,7mm +/- 0,05mm. Die Gesamtdicke des Bauelements kann zwischen 3 bis 25 mm betragen, vorzugsweise zwischen 4 bis 10mm. Idealerweise wird dabei insbesondere die Stärke (Dicke) der Hemmschicht variiert und die Stärke (Dicke) der Metallschicht erhöht sich deutlich geringer oder bleibt konstant. Damit die Aufnahmeeinheit auch unter der Havarie einer Batterie stabil und geschlossen bleibt, sollte weiterhin das Schichtmaterial und insbesondere die Metallschicht einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizient von maximal 3 mm/m (+/-0,3 mm/m), idealerweise maximal von 2,4 mm/m (+/- 0,25 mm/m) für Differenz von 100°C aufweisen.
Je nach Anforderung durch die mögliche Druck- und Temperaturentwicklungen von Batterien mit höherer Energiedichte, kann die Stärke der Metallschicht und das flammhemmende Schichtmaterial angepasst werden und beispielsweise auch eine Stärke von 6 mm oder mehr aufweisen. Zudem besteht die Möglichkeit, zwischen zwei flammhemmende Schichtmaterialien ein Strukturelement zur Erhöhung der mechanischen Eigenschaften einzubringen.
Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, zusätzliche flammhemmende Schichtmaterialien oder -lagen vorzusehen.
Die Hemmschicht kann vorteilhafterweise im (Schicht-)Verbund nach EN 13501-1 und/oder DIN 4102-1 als A1 oder A2 klassifiziertes und qualifiziertes Material sein. Dieses kann eine Gipsfaser-Platte, eine Glas- oder Steinwollfaserplatte sein, die unter hohem Druck zu stabilen Platten gepresst wurden. Alternativ oder zusätzlich kann die Hemmschicht auch aus einem geeigneten Polymer, insbesondere LD Polyethylen, und/oder aus einem mineralischen Werkstoff, wie insbesondere Aluminiumhydroxid sowie einer Mischung hieraus hergestellt sein.
Bei einer weiteren verbesserten Ausführungsform können mindestens zwei Verbundplatten in ein Rahmenelement eingebaut werden, um die Steifigkeit zu erhöhen und den hohen Temperaturen und Drücke für einen längeren Zeitraum standzuhalten. Dies kann insbesondere ein Rahmenelement sein, das mit einer ersten Verbundplatte verbunden ist, durch das Rahmenelement eine Zwischenlage oder ein freier Abstand (luftgefüllt) erzeugt wird. Die Zwischenlage kann ein eigenständiges Bauelement aufweisen, wie eine Faserplatte.
Bei einer weiteren verbesserten Ausführungsform können die Verbundplatten, insbesondere einzelne Teilflächen der Verbundplatten, zusätzlich verstärkt werden, um die Steifigkeit zu erhöhen und hohen Temperaturen (größer 700°C) und hohen Drücke (größer 1 ,2bar) für einen längeren Zeitraum standzuhalten. Hierzu kann entweder ein identisches Material über Formschluss, Kraftschluss und / oder Stoffschluss aufgebracht werden, insbesondere im Bereich des Verschlusselements. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein hochverdichtetes Kunstharzpressholz verwendet werden.
Bei der Havarie einer Batterie kommt es zu einer sehr hohen Temperaturentwicklung über einen längeren Zeitraum von deutlich über 700°C und gegebenenfalls zu einer Druckentladung oder Explosion der Batterie. Daher kann eine Verbesserung erreicht werden, wenn die Warn- und Überwachungsfunktion der Aufnahmeeinheit für eine möglichst lange Dauer sichergestellt ist.
Daher ist bei einer weiter verbesserten Ausführungsform vorgesehen, dass es mindestens zwei getrennte (Teil-)Räume, einen Funktionsraum und einen Batterieraum gibt, wobei vorzugsweise der Funktionsraum oben und der Batterieraum unten liegt. Zwischen dem Funktionsraum und dem Batterieraum ist mindestens eine Zwischenplatte angeordnet, wobei die mindestens eine Zwischenplatte mindestens teilweise als ein zumindest flammhemmendes und/oder explosionsschützendes Bauelement hergestellt ist. Diese Zwischenplatte kann aus einem vorgenannten Bauelement identisch sein oder ähnliche.
Vorteilhafterweise weist die Zwischenplatte die folgenden Materialwerte ermittelt nach DIN 7707 auf:
■ Schlagzähigkeit kJ/m2 nach DIN 53453
| [-Schicht = 25 und ± -Schicht = 50,
■ Kerbschlagzähigkeit kJ/m2 nach DIN 53453
| [-Schicht = 20 und ± -Schicht = 50, und/oder
■ Kugeldruck-Härte N/mm2 nach DIN EN ISO 2039-1
± -Schicht = 230
Hierbei steht || für eine Parallelschicht und ± für (senkrechte) Stoßschicht. Insbesondere kann die Zwischenplatte oder andere Bauteile, ganz oder teilweise aus hochverdichtetem Kunstharzpressholz gefertigt sein.
Auch wenn hier konkrete Normen und Standards genannt sind, ist dies nicht einschränkend zu verstehen, so dass vergleichbare ggf. nationale Normen und Standards, die eine analoge oder höhere Materialqualität beschreiben, ebenfalls hierunter zu verstehen sind. Der Funktionsraum und/oder der Batterieraum werden nachfolgend auch gemeinsam als Teilräume des Innenraumes bezeichnet und/oder können auch verstanden werden, wenn allgemein die Auf- oder Unterteilung des Innenraumes genannt wird.
Um einen übermäßigen Druckanstieg im Innenraum und eine explosionsartige Entladung zu verhindern, kann bei einer weiter verbesserten Ausführungsform vorgesehen werden, dass im Innenraum eine Gasaustrittsöffnung vorgesehen, worüber vom Innenraum zur Atmosphäre ein Übergang gebildet ist. Der Übergang kann direkt oder indirekt zur Atmosphäre führen, so dass auch eine Ableitung oder ein Übergang über ein Funktionselement und/oder in einen (Ab- oder Rauchgaskanal oder einen Kamin vorgesehen sein kann.
Auf diese Weise kann die Aufnahmeeinheit insgesamt so positioniert werden, dass auch im Havariefall heiße Rauchgase so abgeleitet werden, dass einerseits ein Zugriff auf die Aufnahmeeinheit oder eine Flucht weg von oder vorbei an der Aufnahmeeinheit möglich ist.
Die Aufnahmeeinheit und die zugehörige Gasaustrittsöffnung kann insbesondere derart ausgerichtet werden, dass heiße Rauchgase oder eine Flammenfront gezielt in einen offenen Raum oder über anzubindende Rohre in den Außenbereich oder weiteren Abluftsystemen oder Abluftreinigung oder gegen ein nichtbrennbares Element, wie eine Steinwand geleitet werden.
Bei einer vorteilhafte Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass im Innenraum des Gehäuses eine Batterie geladen werden kann. Hierzu kann ein Ladebereich im Innenraum oder einem Teilraum des Innenraumes vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise ist im Innenraum oder in mindestens einem Teilraum eine Interfaceeinheit angeordnet, über die eine lösbare, stromleitende Verbindung mit mindestens einer Batterie und zu einer inneren und/oder äußeren Spannungsquelle direkt oder mittelbar über beispielsweise weitere elektronische Bauteile herstellbar ist. Ein weiteres elektronisches Bauteil kann beispielsweise ein DC/DC- oder AC/DC- Konverter sein. Hierbei kann in einer einfachsten Variante die Interfaceeinheit ein mindestens zweiadriger Stromstecker sein, der über eine Stromleitung zum Ladebereich geführt ist. Die Interfaceeinrichtung kann auch eine starre ström- und datenleitende Steckleiste sein, wie eine Dockingstation, über die eine Batterie strom- und datenleitend verbindbar ist und elektrisch beladen werden kann. Weiterhin kann die Interfaceeinheit Teil einer elektrischen Ladevorrichtung sein und/oder diese im Wesentlichen darstellen. Der Ladebereich ist der Ort im Innenraum der Aufnahmeeinheit oder einem Teilraum hiervon, in dem beim bestimmungsgemäßen Aufladen der Batterie diese angeordnet ist. Im einfachsten Fall ist dies der Boden des Innenraumes oder eine Teilfläche hiervon.
Bei einer weiter verbesserten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass mindestens einseitig der Gasaustrittsöffnung mindestens ein strömungsmechanisches Funktionselement vorgesehen ist. Das Funktionselement dient dazu, gezielt die thermischen und/oder strömungsmechanischen Eigenschaften im Innenraum zu beeinflussen. Hierbei kann das Funktionselement insbesondere Folgendes umfassen:
■ ein Überdruckelement, wie ein gesteuertes Ventil, ein Überdruckventil, eine Bestscheibe etc. sein und/oder
■ eine Filtereinheit, die auch ein festes oder flüssiges Sorptionsmittel sein oder umfassen kann.
Hierbei meint ein Sorptionsmittel sowohl ein Adsorptionsmittel, bei dem eine Anlagerung erfolgt, also auch ein Absorptionsmittel, bei dem eine Diffusion von Stoffen, hier Rauchgasen, in das Innere eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit als Absorptionsmittel erfolgt.
Vorteilhafterweise umfasst die Filtereinheit ein Absorptionsmaterial oder besteht hieraus, wie den folgenden Absorptionsmaterialen:
■ Zeolith
■ Bentonit
■ Kalk- oder kalziumhaltiges Material, wie
■ Kalk
■ Kalkhydrat
■ Calciumcarbonat (CaC03)
Das Absorptionsmaterial kann als Packung oder Schüttung aus dem Material vorstehend genannten Material bestehen oder diese als eine Komponente umfassen.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die entstandenen Rauchgase, wie beispielsweise Fluorwasserstoff, zu filtern. Das Filtermaterial oder die Filtereinheit können weiterhin dazu dienen, thermische Energie der Rauchgase mindestens teilweise auszunehmen. Das Filtermaterial kann insbesondere ein metallisches Material sein und/oder ein Material, das luftdurchlässig und/oder spröde ist.
Bei eine alternativen Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass im Gasweg der Gasaustrittsöffnung und der Filtereinheit mindestens eine Drossel vorgesehen ist, die auch eine geregelte Drossel sein kann. Somit erfolgt bei einem thermischen Event unmittelbar eine geregelte Druckentlastung für den Innenraum, die insbesondere in Reihe mit der Filtereinheit erfolgen kann. Parallel kann ein weiterer Leitungsweg über eine weitere Filtereinheit oder dieselbe Filtereinheit vorgesehen werden, der nach der Notöffnung eines Überdruckventils oder der Zerstörung einer Berstscheibe, die Entlassung größerer (Rauch-)Gasmengen ermöglicht.
Die Filtereinheit kann in dem Innenraum der Aufnahmeeinheit oder an der Außenseite befestigt sein.
Bei einer weiter verbesserten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass der Innenraum eine Löscheinheit umfasst, wobei die Löscheinheit mindestens ein Löschmittelreservoir umfasst und/oder damit verbindbar ist, und wobei Löschmittelauslässe umfasst sind, über welche Löschmittel auf oder in den Ladebereich der Batterie entlassen werden kann.
Eine Verbesserung kann weiterhin darin bestehen, dass ein weiteren Vorratsbehälter vorgesehen ist, in welchem ein vom Löschmittel unterschiedliches Neutralisationsmittel gespeichert sein kann. Analog zur Löschmittel und Löschmittelausbringung kann eine Fördervorrichtung und/oder ein Verteilersystem vorgesehen sein, um das Neutralisationsmittel auf oder in den Ladebereich zu entlassen. Vorteilhaft ist es, wenn das Neutralisationsmittel über die Löschmittelauslässe auf oder in den Ladebereich entlassen werden kann.
Die Löscheinheit kann über einen manuellen Auslöser aktiviert werden, so dass diese Löschmittel in den Ladebereich entlässt (Löschung). Alternativ steht diese in Verbindung mit einer Steuereinheit und/oder einem Sensor oder einem Thermoschalter, so dass die Überschreitung eines Grenzwertes die Löschung auslöst.
Wie bei den sonstigen Funktionselementen kann es vorteilhaft sein, wenn auch alle Funktionen der Löscheinheit im Havariefall möglichst lange unbeeinträchtigt aufrecht erhalten bleiben. Daher kann bei einer weiter verbesserten Ausführungsform vorgesehen werden, dass die Löscheinheit in dem Funktionsraum und/oder einem separaten Löschmittelraum angeordnet ist.
Die Löscheinheit kann im oberen Innenraum der Aufnahmeeinheit angeordnet und räumlich, sowie thermisch von dem unteren Innenraum durch ein oder mehrere geeignete Zwischenelemente oder -decken etc. getrennt.
Vorteilhafterweise befinden sich alle Funktions- und Anschlussteile der Löscheinheit in einem Bereich oder Teilraum des Innenraumes (Löschmittelraum), wo die Batterie nicht geladen oder gelagert wird, wodurch sie durch die thermische Trennung bei einer Havarie nicht im gefährdeten Bereich des Innenraumes liegen. Im Bereich des Innenraumes, dem Batterieraum, sind insbesondere die Sensoren oder Detektionseinheiten, mindestens eine Auslassdüse oder Auslassöffnung für die Löschmittelführung, die Anschlüsse für die Interfaceeinheit und zumindest ein Teil des Abgassystems untergebracht.
Bei einer weiter verbesserten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass der Löschmittelraum als Raumboden und/oder Raumdecke mindestens eine Zwischenplatte aufweist, wobei die mindestens eine Zwischenplatte mindestens teilweise als ein flammhemmendes und/oder explosionsschützendes Bauelement hergestellt ist. Hierbei kann die Qualität dieser Zwischenplatte insbesondere analog der vorstehend genannten Zwischenplatte ausgebildet sein.
Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn keine Druckbehälter wie geschlossenen Tanks oder Behälter für das Löschmittel oder das Neutralisationsmittel im Innenraum vorgesehen sind, so dass von diesen auch bei großen Temperaturen keine Gefahr, z.B. durch Explosion, ausgeht. Somit ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass eine integrierte druckgasfreie Löscheinheit vorgesehen ist, bei der im Havariefall eine Menge eines Löschmittels mittels einer Pumpe aus einem Reservoir in Form beispielsweise eines Tanks oder eines Beutels zum Anbringungs- oder Lagerort, der Batterie geleitet und dort entlassen wird.
Eine mögliche Anbindung an bestehende Brandschutzanlagen, wie z.B. Sprinkleranlagen oder andere Feuerlöschanlage, bleibt davon unberührt.
Vorteilhafterweises kann bei einer weiter verbesserten Ausführungsform vorgesehen werden, dass die Aufnahmeeinheit mindestens einen Sensor zur Erfassung einer physikalischen Größe (G), eine analoge oder digitale Steuereinheit und eine Löscheinheit umfasst, und wobei insbesondere mindestens ein Teil oder eine Einheit des Sensors außerhalb des Batterieraums und vorrangig im Funktionsraum und/oder dem Löschmittelraum untergebracht ist.
So kann beispielsweise das metallische Ende eines Widerstandsensors im Batterieraum und/oder gegenüber dem Ladebereich platziert sein. Alternativ kann ein Sensorkopf im Inneren des Batterieraumes und auf einer metallischen Innenoberfläche angeordnet sein, wobei der Sensorkopf selbst gegenüber dem Batterieraum und eine direkte Flammfront thermisch geschützt ist. Somit kann der Sensorkopf über eine lange Zeitdauer auch im Havariefall die Erfassung der Bauelementtemperatur vornehmen und in einer Steuereinheit kann eine Abschätzung der Temperatur im Innenraum oder dem Batterieraum erfolgen.
Hierbei ist eine solche Steuereinheit mit weiteren üblichen elektrischen oder elektronischen oder mikroelektronischen Bauteilen ausgestattet oder verbunden und steuert diese, die für die Durchführung des Verfahrens erforderlich sind, wie beispielsweise das Öffnen und Schließen eines Ventils, der Datenaustausch von Messwerten/-daten mit einer Empfangs -oder Anzeigeeinheit, an oder außerhalb von der Aufnahmeeinheit. Von der Steuereinheit oder einer Teilkomponenten hiervon wird auch der Ladevorgang über die Interfaceeinheit in bekannter Weise überwacht und/oder gesteuert.
Vorteilhafterweise ist die Aufnahmeeinheit mit mindestens einer (insbesondere drahtlosen) Sendeeinheit und/oder einem Sensor mit einer (insbesondere drahtlosen) Sendeeinheit ausgestattet. Im Falle einer Sendeeinheit zur drahtlosen Funkkommunikation kann diese ausgestatte sein, um eine Verbindung zu beispielsweise einem bestehenden Hausüberwachungssystemen oder einem mobilen Endgerät, wie beispielsweise ein Smartphone, ein Laptop, ein Table- Computer über Bluetooth, WLAN, GSM, 3G, 4G, 5G oder andere geeignete Funkverbindungen oder sonst ein geeignetes Übertragungsprotokoll vorzunehmen. Auf diesem Wege kann ein Nutzer jederzeit den Status des Ladevorgangs und natürlich auch Warnhinweise empfangen.
Das Versenden von Informationen oder Warnungen kann auch in der Ausgabe eines optischen oder akustischen Signals bestehen, wobei der Emitter unmittelbar im oder am Gehäuse der Aufnahmeeinheit angebracht ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Aufnahmeeinheit flexibel eingesetzt werden kann und diese auch im Havariefall möglichst lange mit ihren Sicherheit- und Warnfunktionen aktiv verfügbar gehalten werden kann. Die Aufnahmeeinheit kann somit weiter verbessert werden, indem eine netzunabhängige Batterie oder ein wiederaufladbarer Akku und/oder eine von der Interfaceeinheit unabhängige weitere Stromversorgung vorgesehen ist. Diese betrifft alle nicht zur Interfaceeinheit gehörigen Elemente. Auf diese Weise kann die Aufnahmeeinheit zumindest eine Zeitlang autark betrieben werden und die Überwachung der Batterie, und / oder das Freisetzen des Löschmittels, fortgesetzt werden, ohne dass die Aufnahmeeinheit am Anbringungsort verbleiben oder an einer permanenten externen Stromversorgung angeschlossen sein muss.
Diese autarke Stromversorgung dient insbesondere für den Betrieb der Löscheinheit, der Sensoren, der Sendeeinheit und/oder einer geeigneten Warnanlage (Licht, Ton). Die Spannungsquelle kann insbesondere im Niedervoltbereich von beispielsweise 12V bis 24V liegen.
Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass die Aufnahmeeinheit mindestens zwei Gehäuseschalen aufweist, die um ein Bau- oder Trageteil geschlossen werden können. Auf diese Weise kann eine Batterie an beispielsweise einem Rahmenabschnitt oder einer Stange eines Zweirades verbleiben. Die Aufnahmeeinheit, insbesondere der Batterieraum des Innenraumes der Aufnahmeeinheit, wird in dieser Ausführungsform kapselartig um die Batterie und das Bau- oder Trageteil herum angeordnet und verschlossen, einschließlich der dort angeordneten oder einliegenden Batterie. Die Aufnahmeeinheit selbst ist entweder über ein Ladekabel mit einer Stromquelle verbunden oder ein Gehäuseteil einer Aufnahmeeinheit kann über eine äußere Kopplungseinheit als Befestigungseinheit an einer Ladestation oder einem externen Tragrahmen befestigt werden, insbesondere lösbar befestigt, wie beispielsweise eine Schnellkupplung, die manuell, werkzeuglos geöffnet und geschlossen werden kann.
Die Aufnahmeeinheit weist vorteilhafterweis mindestens im Bereich der Ein- oder Durchführung des Bau- oder Trageteils an dem die Batterie angeordnet oder eingelegt ist, ein Dichtelement auf, insbesondere ein nicht oder nur schwer entflammbares Dichtelement, das insbesondere elastisch verformbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Aufnahmeeinheit eine Befestigungseinheit umfassen, mittels welcher die einzelne Aufnahmeeinheit auf oder an einem externen Tragrahmen befestigt werden kann. Diese Befestigungseinheit sollte insbesondere als Schnellverschlussvorrichtung ausgebildet sein, damit im Havariefall eine einzelne Aufnahmeeinheit leicht vom Tragrahmen gelöst und entfernt werden kann. Die kann auch vorgesehen werden, wenn die Aufnahmeeinheit für ein Bau- oder Trageteil, wie ein Rahmenabschnitt oder eine Fahrradstange, kapselartig umschließbar ausgebildet ist. Hierbei ist beispielsweise das abschnittsweises in der Aufnahmeeinheit eingelegte Fahrrad gemeinsam mit der Aufnahmeeinheit entfernbar, ohne dass diese geöffnet werden muss.
Von der Erfindung ist auch ein Verfahren zum elektrischen Beladen und/oder sicheren Lagern einer elektrisch-wiederaufladbaren Batterie umfasst. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die Batterie zum elektrischen Beladen in eine Aufnahmeeinheit eingelegt wird, die nach einem der vorherigen Ausführungsformen und/oder Varianten ausgebildet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum elektrischen Beladen und/oder sicheren Lagern einer elektrisch-wiederaufladbaren Batterie, sind die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Einlegen mindestens einer elektrischen Batterie in eine Aufnahmeeinheit und Verbindung der Batterie innerhalb der Aufnahmeeinheit mit einer elektrischen Interfaceeinheit. Hierbei soll die elektrische Interfaceeinheit nicht einschränkend verstanden werden und umfasst Steckverbindungen, die unmittelbar mit einer Batterie und/oder einem (Auf-) Ladegerät verbindbar sind oder beispielsweise auch Leitungsverbindungen mit einem Stecker an einem freien Ende, der mit einer Batterie verbunden werden kann.
Im Regelfall wird das Gehäuse der Aufnahmeeinheit nach dem Einlegen und Verbinden der Batterie über eine Klappe oder Tür verschlossen und ggf. auch gegen Diebstahl in geeigneter Weise gesichert. b) Laden der Batterie bis zu einem definierten Ladezustand und/oder für eine definierte Ladezeit. c) Während des Ladens und/oder der Lagerung der Batterie erfolgt eine Überwachung mindestens einer physikalischen Größe.
Auch wenn vorliegend nur von einer physikalischen Größe gesprochen wird, soll darunter auch der zeitliche Verlauf oder sonstige Abhängigkeiten verstanden werden, wie beispielsweise ein SOLL-Verlauf. Hierbei können während der Überwachung die folgenden Störfälle auftreten und mindestens einer der genannten Schritte erfolgt, insbesondere alle genannten Schritte erfolgen: i) Erfassung des Überschreitens eines Grenzwertes (GW) und/oder eines Grenzgradienten (GGr) der mindestens einen physikalischen Größe, woraufhin eine unmittelbare oder zeitversetzte Abschaltung erfolgt, wobei die Abschaltung in einer Unterbrechung des Ladestroms besteht, ii) nachfolgend erfolgt für mindestens für eine definierte Zeitdauer (T2) und/oder bis zu einem definierten Folgegrenzwert (FGW) der physikalischen Größe eine Folgeüberwachung bezüglich der mindestens einen physikalischen Größe (G), wobei iii) bei Verbleib der mindestens einen physikalischen Größe unterhalb des Folgegrenzwertes (FGW) und/oder unterhalb eines Folgegrenzgradienten (FGGr) eine erste Folgebehandlung erfolgt und iv) beim Verbleiben oder Überschreiten des Folgegrenzwertes (FGW) und/oder Folgegrenzgradienten (FGGr) eine zweite Folgebehandlung erfolgt, wobei die zweite Folgebehandlung das Einbringen des Löschmittels und/oder eines Neutralisationsmittels in den Batterieraum umfasst oder darin besteht.
Alle Vorteile und Aspekte, die eingangs für die Aufnahmeeinheit genannt wurden, gelten in analoger Weise für das Verfahren zum Laden der Batterie und umgekehrt.
Insbesondere kann bei mindestens einem oder mehreren dieser Schritte zusätzlich ein entsprechendes akustisches und/oder optisches Warnsignal gesendet werden und/oder eine Datenübertragung beinhalten.
Vorliegend werden „Akku“ und „Batterie“ synonym verwendet und meint vorliegend immer einen wiederaufladbaren Akku oder eine wiederaufladbare Batterie.
Im Zusammenhang mit dieser Erfindung können lokale oder digitale Abrechnungsund Bezahlsysteme, insbesondere bargeldlose (online) Bezahlsysteme genutzt werden, die gekannt sind und nicht näher erläutert werden.
Wird während der Überwachung kein Überschreiten eines SOLL-Wertes der physikalischen Größe erfasst, wird der Ladevorgang oder die Lagerung bis zum vom Nutzer gewünschten Zeitpunkt oder Ladezustand fortgesetzt, die Schritte i) bis iv) werden dann nicht durchlaufen.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die physikalische Größe beispielsweise eine Temperatur, ein Temperaturanstieg, der Luftdruck, ein Partialdruck einer Gaskomponenten und/oder ein Gasanteil ist. Insbesondere kann die Anwesenheit eines Rauchgases überwacht werden. Vorteilhafterweise werden insbesondere die Temperatur in der Aufnahmeeinheit oder der Druck erfasst. Hierbei kann auch die Temperatur der Oberfläche der eingelegten Batterie erfasst werden, insbesondere über ein kontaktlose Temperaturmessvorrichtung.
Bei einem weiter verbesserten Verfahren kann bei der Löschmittelausbringung oder dem Löschschritt vorgesehen werden, dass ein Löschmittel in den Innenraum der Aufnahmeeinheit eingeleitet wird, insbesondere die Einleitung von CO2, N2 und/oder einem Löschschaum. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen werden, dass eine inerte Feststoffkomponenten in den Innenraum der Aufnahmeeinheit entlassen wird, wobei dabei die Batterie vollständig überdeckt werden sollte.
Die Feststoffkomponente kann ein feinkörniger Sand sein, wobei es vorteilhaft sein kann auch ein Absorptionsmittel einzuführen, das bei Hitze oder im Brandfall austretende Schadstoffe bindet. Wie ein Gesteinsmehl (Kalk, Kalkhydrat) oder Bentonit, Zeolith oder vergleichbare Stoffe.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante des Löschschrittes, umfasst der Löschschritt das Einleiten eines Löschmittels mittels eines Fördermittels, wie einer Pumpe. Der Vorteil besteht darin, dass bei Einsatz einer Pumpe kein Drucktank für ein förderfähiges Löschmittel vorgesehen werden muss, was grundsätzlich bei hohen Temperaturen eigene Gefahren mit sich bringen würde.
Für die Phase der Folgeüberwachung kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens eine zeitweise Kühlung und/oder Belüftung der Aufnahmeeinheit erfolgt, die insbesondere für den Innenraum der Aufnahmeeinheit und/oder gezielt für die Batterie vorgenommen wird. Hierzu können kalte Gas eingeleitet werden, wie N2 aus einem geeigneten Tank oder einer in der Aufnahmeeinheit eingebrachten Gaskartusche, insbesondere aus einem im Innenraum, dem Funktionsraum und/oder dem Löschmittelraum angeordneten Tank oder einem Vorlagebehältnis. Es versteht sich, dass hierfür die nötigen Vorrichtungen und Ventile vorzusehen sind, die vorteilhafterweise ebenfalls im Innenraum oder einem der Teilräume angeordnet sind. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bereits in der Phase der Folgeüberwachung mindestens ein Warnhinweis versendet wird, der außerhalb der Aufnahmeeinheit wahrnehmbar ist und/oder von einem externen, datenleitend verbundenen Gerät empfangen wird. Diese Datenleitung kann dabei auch drahtlos über WLAN, Bluetooth, GSM, 3G, 4G, 5G oder andere geeignete Funkverbindungen erfolgen.
Generell besteht bei exothermen Vorgängen die Gefahr, dass benachbarte Bauteile und Komponenten beschädigt werden, insbesondere wenn eine Aufnahmeeinheit, wie eine Ladebox in einem Trägerelement oder Tragkonstruktion und benachbart zu beispielsweise weiteren Aufnahmeeinheiten (Ladeboxen) oder anderen, unteranderem leicht entzündlichen Gegenständen, angebracht ist. Daher kann ein Vorteil darin bestehen, wenn bei der ersten Folgebehandlung ein mechanisches Lösen und/oder Trennen der Aufnahmeeinheit von einem die Aufnahmeeinheit haltenden oder tragenden Trägerelement umfasst ist. Dies kann vollautomatisch erfolgen. Auf diesem Wege besteht die Möglichkeit, dass die einzelne havarierte Aufnahmeeinheit frühzeitig entfernt und an einen sicheren Ort gebracht werden kann.
Da in einem solchen Havariefall aus Sicherheitsgründen die Aufnahmeeinheit verschlossen bleiben sollte, ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahmeeinheit eine eigene Batterie oder einen Akku umfasst, die als Stromquelle die elektronischen Bauteile beispielsweise mit 12V oder 24V so lange wie möglich versorgt, wie insb. die Sensoren und/oder die Komponenten der Kühl- oder Löscheinheit arbeiten sollen.
Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn analog zur ersten Folgebehandlung im Zusammenhang mit der zweiten Folgebehandlung die Aufnahmeeinheit, die Anschlusseinheit und/oder die Interfaceeinheit physisch von der Batterie getrennt wird.
Bei einem verbesserten Verfahren kann vorgesehen sein, dass ein Neutralisationsschritt erfolgt, indem ein Neutralisationsmittel in den Innenraum und/oder einen Teilraum des Innenraums entlassen wird, insbesondere über die Löschmittelauslässe entlassen wird. Dieser Neutralisationsschritt erfolgt insbesondere nach einem Löschschritt oder zwischen zwei Löschschritten. Hierzu wird aus einem (weiteren) Vorratsbehälter ein zum Löschmittel unterschiedliches Neutralisationsmittel beispielsweise in den Ladebereich entlassen. Hierzu können eigene Verteil- und Auslassvorrichtungen vorgesehen sein oder es erfolgt die Verteilung und Einleitung über die Löschmittelauslässe auf oder in den Ladebereich Das Neutralisationsmittel kann beispielsweise eine wässrige Kalkmilch sein, mittels der eine Neutralisation von giftigen Brandrückständen erfolgen kann.
Vorliegend wird verallgemeinernd vom „Innenraum“ gesprochen, in dem ein Element oder Einheit angeordnet ist oder in welchem ein Verfahrensschritt erfolgt. Dies ist aber nicht einschränkend zu verstehen und es kann in analoger Weise auch in analoger Weise ein Teil- und Unterraum des Innenraumes hierunter verstanden werden, wenn nicht etwas Unterschiedliches oder Spezielles ausgeführt wird.
Auch wenn weiterhin vorliegend in der Regel von einer einzelnen Batterie gesprochen wird, die in der Aufnahmeeinheit gelagert und/oder geladen wird, so ist dies nicht einschränkend zu verstehen. Es können auch zwei oder mehr Batterien in dem Innenraum oder einem Teilraum der Aufnahmeeinheit gelagert und/oder geladen werden. Insbesondere kann mindestens eine Batterie geladen und mindestens eine weitere Batterie nur gelagert werden, ohne dass diese geladen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Abbildungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht der Aufnahmeeinheit,
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Aufnahmeeinheit nach Figur 1 ,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Aufnahmeeinheit mit schematischen Bauteilen im Innenraum,
Fig. 4 eine horizontale Schnittdarstellung eines Wandabschnitts des Gehäuses und
Fig. 5 zeigt in drei Teilbildern ein Rahmenelement (Teilbild I), einen Zwischenträger (Teilbild II) und ein Eckeelement (Teilbild III).
In der Figur 1 ist die geöffnete Aufnahmeeinheit 100 als mobile Ladebox dargestellt, in deren Innenraum 110 eine wiederaufladbaren Batterie 200 im Ladebereich 106 eingelegt ist. Das Gehäuse 102 ist sechsseitig ausgebildet und weist auf der vorne dargestellten Langseite eine Klappe als Verschlusselement 104 auf, die an einem Rahmenelement 116 gelagert ist und nach unten aufschlägt. Die Batterie 200 ist mit der Interfaceeinheit 110 verbunden.
Der Innenraum 110 ist in zwei Teilräume unterteilt, einen oberen Funktionsraum 112 und einen unteren Batterieraum 114. Der obere Funktionsraum 112 ist mit einer zusätzlichen Verschlussleiste verschlossen, die bei geschlossenem Verschlusselement 104 von diesem überdeckt wird und innenliegend ist. Weiterhin ist an dem Verschlusselement 104 eine nicht näher bezeichnete oder beschriebene Verriegelungsmechanik erkennbar.
Auf der rechten Kurzseite des Gehäuses 102 ist eine Gasaustrittsöffnung 122 erkennbar, die eine Verbindung vom Batterieraum 114 mit der Atmosphäre darstellt. Diese ist mit einem Lamellenelement überdeckt, das eine gewisse strömungsleitende Funktion erfüllt. Auf der Höhe des Funktionsraumes 112 ist eine Leuchte als Anzeigeneinheit 164, ein Traggriff 160 und ein Versorgungsschalter 162 angeordnet. Nicht erkennbar ist die Steckereinheit, mit der die Aufnahmeeinheit 100 mit einer bspw. 220/230 V Spannungsquelle über ein Stromkabel verbunden werden kann.
Mit dem Versorgungsschalter 162 kann die Aufnahmeeinheit 100 und alle inneren elektronischen Bauteile zentral geschaltet werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle sechs umschließenden Seiten des Gehäuses 102 aus einem leichten, flammhemmenden Material hergestellt, wie vorstehend beschrieben und insb. im Zusammenhang mit der Figur 4 im Detail ausgeführt.
Die Figur 2 zeigt die Aufnahmeeinheit gemäß der Figur 1. Die jeweiligen Seitenplatten des Gehäuses 102 sind in den Nuten und Führungen 182 aufweisenden Rahmenelementen 116 aufgenommen. Die Rahmenelemente sind über Eckelemente 118 miteinander über Zapfen oder Schrauben verbunden. Die unteren Rahmenelemente 116 weisen Standfüße 144 auf, auf denen die Aufnahmeeinheit 100 aufstehen kann.
Der Innenraum 110 ist wie vorstehend beschrieben in einen oberen Funktionsraum 112 und einen unteren Batterieraum 114 aufgeteilt, die durch eine Zwischenplatte 120 voneinander getrennt sind. Die Zwischenplatte 120 ist analog den der Deckenplatte und der Bodenplatte, in Nuten und Führungen 182 des Zwischenträgers 146 eingesteckt und hierdurch getragen.
Die Zwischenplatte 120 ist aus einem Composite-Material hergestellt oder besteht hieraus, und ist ein nach VPAM-PM2007 Klassen 4, 6 und 7 qualifiziertes Bauelement. Dieses trennt die jeweiligen Räume in vertikaler Richtung thermisch und explosionsmechanisch voneinander. Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 zeigt eine geöffnete Aufnahmeeinheit 100, bei der der Innenraum 110 in drei Teilräume unterteilt ist, die jeweils durch eine nach VPAM-PM2007 für die Klassen 4, 6 und 7 qualifizierte Zwischenplatte 120 in vertikaler Richtung voneinander getrennt sind. Das Verschlusselement 104 ist als Tür oder Klappe ausgebildet, die an einem vertikalen Scharnier schwenkbar gelagert ist und in einer nach links aufgeschlagenen Position gezeigt ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist im oberen Funktionsraum 112 eine Steuereinheit 140 mit einer Sendeeinheit 180, eine elektronische Anschlusseinheit 142 und ein Funktionselement 124 angeordnet. Unterhalb des Funktionsraumes 112 ist ein Löschmittelraum 136 angeordnet. In dem Löschmittelraum 136 sind insbesondere eine Löschmittelreservoir 132, eine Pumpe 170, eine Ventileinheit 172 sowie nicht näher bezeichnete Leitungen untergebracht, die zu Löschmittelauslässen 134 führen, und welche oberhalb des Ladebereiches 108 angeordnet sind.
Im Löschmittelraum 138 kann über die Ventileinheit 172 ein fließfähiges Löschmittel in den Batterieraum 114 und zum Ladebereich 108 geleitet werden. Weiterhin kann bedarfsweise der Zwischenraum 168 mit einem Löschmittel beschickt werden. Die Ventileinheit 172 wird in dem gezeigten Beispiel von der Steuereinheit 140 gesteuert.
Den untersten Teilraum des Innenraumes 110 ist der Batterieraum 114, indem die zu ladende Batterie 200 und ein Teil der Interfaceeinheit 106 angeordnet sind, mit der die Batterie 200 stromleitend verbunden ist. Die Interfaceeinheit 106 selbst ist in einer Zwischenwand 166 gehalten. Die stromführende Leitung 174 führt von der Interfaceeinheit 106, durch den Zwischenraum 168, der hinter der Zwischenwand 166 gebildet ist, bis zur Anschlusseinheit 142 im oberen Funktionsraum 112.
Weiterhin ist die Interfaceeinheit 106 über eine strichpunktiert dargestellte und nicht näher bezeichnete Steuerleitung mit der Steuereinheit und/oder einer externen Lade- und Steuereinheit verbunden.
Im Löschmittelraum 136 sind zwei Sensoren angeordnet, ein Temperatursensor 176 und ein Drucksensor 178. Beide Sensoren ragen mit dem Erfassungsende des Sensors durch die Zwischenplatte 120 hindurch in den Batterieraum 114 hinein.
Über strichpunktiert dargestellte ström- und datenleitende Leitungen sind die Sensoren mit der Steuereinheit 140 verbunden.
Das Funktionselement 124 im Funktionsraum 112 grenzt an eine Gasauslassöffnung 122 an und weist eingangsseitig ein Filterelement 128 und stromabwärts hierzu ein Überdruckelement 126 auf, das vorliegend als ein federbelastetes Überdruckventil ausgebildet ist. Über eine innere Rauchgasleitung 138 besteht eine Verbindung zu einem weiteren, im Batterieraum 114 angeordneten Filterelement 128, das am Übergang vom Batterieraum 114 zum unteren Ende der Rauchgasleitung 138 angeordnet ist. Somit kann eine effektive, zweifache Filterung und/oder Adsorption von Rauchgasen vorgenommen werden, ohne den Funktionsraum 112 übermäßig vergrößern zu müssen.
Bei einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform analog Figur 2 oder Figur 3, ist ein Funktionselement 124 und/oder die zugehörige Gasaustrittsöffnung 122 im Batterieraum 114 angeordnet. Bei einer einfachen Ausführungsform kann beispielsweise nur eine Filtereinheit und/oder nur ein Überdruckventil vorgesehen werden.
In der Figur 4 ist in zwei Teilbildern der Schichtaufbau des Gehäuses 102 beziehungsweise der jeweiligen Seitenteile oder Seitenplatten gezeigt.
Im Teilbild I. ist ein einseitiger Aufbau dargestellt. Das flammhemmende Bauelement 150 des Gehäuses 102 weist eine äußere Metallschicht 152 auf, die aus einer 0,5 mmm starken Aluminiumplatte besteht. Außen auf der Metallschicht 152 ist optional ein Coating 158 aufgebracht. Diese Coating 158 kann beispielsweise ein Polyvenylidene Fluoride (PVDF) oder eine andere geeignete Lack- oder Pulverbeschichtung sein.
Innen auf der Metallschicht 152 ist eine Adhäsionsschicht 156 und nachfolgend eine Hemmschicht 154 aufgebracht. Die Hemmschicht 154 ist zur Rauminnenseite hin mit einem Coating 158 beschichtet.
Teilbild II. zeigt eine verbesserte Ausführungsform im Vergleich zum Teilbild I., in dem innen auf die Hemmschicht 154 eine weitere Adhäsionsschicht 156 und hierauf eine zum Innenraum 110 hin abschließende zweite Metallschicht 152 angeordnet ist. Die zweite, innere Adhäsionsschicht 156 und die zweite, innere Metallschicht 152 können grundsätzlich denen aus Teilbild I. entsprechen.
Insgesamt weist die Gesamtschicht eine Stärke von 3 bis 5 mm auf, wobei im Teilbild II. die Schichtdicke 5 mm beträgt, und wobei die beiden Aluminiumschichten 152 jeweils 0,5 mm stark sind.
Die Hemmschicht ist aus einem nicht entflammbaren LD Polyethylene gebildet. In einem nicht dargestellten, alternativen Ausführungsbeispiel, ist die Hemmschicht einer Wabenstruktur ausgebildet oder weisen mindestens in einer Schicht oder Lage eine solche Wabenstruktur auf.
Schließlich zeigt die Figur 5 im Teilbild I. eine Rahmenelement 116 in einer Schnittdarstellung. Das Rahmenelement 116 hat eine dreieckige Grundform und weist zwei Führungen 182, drei innere Hohlräume 184 und ein Verbindungselement 186 auf. Das Verbindungselement 186 ist über zentral zwischen den beiden Hohlräumen 184 und den beiden Führungen 182 angeordnet und weist beispielsweise ein Innengewinde auf. In eine der Führungen 182 ist ein Bauelement 150 eingelegt und dort verklemmt, wobei das Bauelement 150 eine Stärke 196 von 4 mm aufweist. Die Führungstiefe 192, gemessen von der Außenseite bis zu einem inneren Anschlag, kann 8 bis 15 mm betragen und ist vorliegend mit 10 mm ausgeführt. Entlang Führungen 182 sind die freien Enden der Führungsflanken 190 mit einer Verdickung oder einer Materialverstärkung versehen und/oder monolithisch als Materialverstärkung ausgebildet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die freien Enden L-förmig nach innen weisend oder als Rundung ausgebildet.
Die Führungsbreite 194 korreliert mit dem aufzunehmenden Bauelement 150 und ist gleichgroß oder um bis zu 0,2 mm geringer ausgebildet.
Im Teilbild II. der Figur 5 ist der Schnitt durch einen Zwischenträger 146 dargestellt, der drei Führungen 182 und einen inneren Hohlraum 184 aufweist. Bei einer Einbauweise, wie in den Figur 1 oder 2 dargestellt, ist die linke Seite außen und die nach rechts weisende Führung 182 ist zur Aufnahme einer Zwischenplatte 120 vorgesehen. Die obere und die unteren Führung 182, die in dem gezeigten Beispiel im rechten Winkel zu der nach rechts offenen Führung 186 ausgerichtet sind, sind bei o.g. Beispiel für die Aufnahme von äußeren Bauelementen 150 des Gehäuses 102 vorgesehen.
Schließlich zeigt das Teilbild III. der Figur 5 ein Eckelement 118 zur kraftschlüssigen Verbindung von drei Rahmenelementen 116, wozu das Eckelement 118 in allen drei Wandflächen 198 eine Bohrung 188 aufweist. Mittels Schrauben können über die Bohrungen 188, die fluchtend zu je einem Verbindungselement 186 eines Rahmenelementes 116 anordbar sind, verschraub werden.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine Aufnahmeeinheit 100 aus der Kombination von den hierin beschriebenen Bauelementen 150 mit diesen oder vergleichbaren Rahmenelementen 116, sich durch eine sehr hohe Schutzwirkung gegen Hitze und einem inneren Explosionsgeschehen ausweisen und gleichzeitig sehr leicht sind.
Bezugszeichenliste Aufnahmeeinheit Gehäuse Verschlusselement Interfaceeinheit Ladebereich Innenraum Funktionsraum Batterieraum Rahmenelement Eckelement Zwischenplatte Gasaustrittsöffnung Funktionselement Überdruckelement Filterelement Löscheinheit Löschmittelreservoir Löschmittelauslass Löschmittelraum Rauchgasleitung Steuereinheit Anschlusseinheit Standfuß Zwischenträger Anschlussraum Bauelement Metallschicht Hemmschicht Adhäsionsschicht Coating Tragegriff Versorgungsschalter Anzeigeeinheit Zwischenwand Zwischenraum Pumpe Ventil Leitung Temperatursensor Drucksensor Sendeeinheit Führung Hohlraum Verbindungselement Bohrung Führungsflanke Führungstiefe Führungsbreite Stärke Wandfläche Batterie

Claims

Patentansprüche Aufnahmeeinheit (100) zur elektrischen Beladung und/oder sicheren Lagerung einer elektrisch- wiederaufladbaren Batterie (200), umfassend ein Gehäuse (102) mit einem Innenraum (110) und einem Verschlusselement (104, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (102) aus einem flammhemmenden Material hergestellt ist, insbesondere Bauelementen (150) aus dem flammhemmenden Material. Aufnahmeeinheit (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das flammhemmende Material und/oder ein Bauelement (150) nach EN 13501-1 , DIN 4102-1 , ASTM E84 Class A und/oder ASTM D1929-16 flammhemmend ist, insbesondere ein nach EN 13501-1 und/oder nach DIN 4102-1 flammhemmendes Material und/oder Bauelement (150) der Klasse A1 s1 , dO oder A2 s1 , dO, welches nicht brennbar ist und/oder keinen Brandbeitrag leistet. Aufnahmeeinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flammhemmende Material und/oder Bauelement (150) ein Schichtmaterial ist, umfassend mindestens eine Metallschicht und mindestens eine Hemmschicht, insbesondere eine zwei Metallschichten und eine dazwischen angeordnete Hemmschicht. Aufnahmeeinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht ein Aluminium ist, insbesondere ein Aluminium mit einer Stärke zwischen 0,3mm bis 1 ,2mm, bevorzugter Weise mit einer Stärke von 0,5 +/- 0,1mm. Aufnahmeeinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (110) einen Funktionsraum (112) und einen Batterieraum (114) aufweist, wobei zwischen dem Funktionsraum (112) und dem Batterieraum (114) mindestens eine Zwischenplatte (120) angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Zwischenplatte (120) mindestens teilweise als ein flammhemmendes und/oder explosionsschützendes Bauelement hergestellt ist. Aufnahmeeinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (110) mindestens eine Gasaustrittsöffnung (122) vom Innenraum (110) zur Atmosphäre (300) und/oder in einen externen Abgaskanal vorgesehen ist. Aufnahmeeinheit (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einseitig der Gasaustrittsöffnung (122) mindestens ein strömungsmechanisches Funktionselement (124) vorgesehen ist. Aufnahmeeinheit (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine strömungsmechanische Funktionselement (124) ein Überdruckelement (126) und/oder eine Filtereinheit (128) umfasst. Aufnahmeeinheit (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- das mindestens eine strömungsmechanische Funktionselement (124) ein Überdruckventil oder eine Berstscheibe ist und/oder
- die Filtereinheit (128) ein Sorptionsmaterial und/oder ein Sorptionselement umfasst, insbesondere als Sorptionsmaterial ein Absorptionsmatenal wie ein zeolith-, bentonit- und/oder kalziumhaltiges Absorptionsmatenal umfasst. Aufnahmeeinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (106) des Gehäuses (102) ein Ladebereich (108) vorgesehen ist und wobei eine Interfaceeinheit (106) angeordnet ist, über die eine lösbare, stromleitende Verbindung einer Batterie (200) in dem Ladebereich (108) mit einer Spannungsquelle herstellbar ist. Aufnahmeeinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (110) eine Löscheinheit (130) umfasst, wobei die Löscheinheit (130) mindestens ein Löschmittelreservoir (132) umfasst und/oder damit verbindbar ist, und wobei mindestens ein Löschmittelauslass (134) umfasst ist, über weichen ein Löschmittel auf oder in den Ladebereich (108) entlassen werden kann. Aufnahmeeinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (110) und/oder einem der Teilräume des Innenraumes (110), ein weiteren Vorratsbehälter vorgesehen ist, in welchem ein vom Löschmittel unterschiedliches Neutralisationsmittel gespeichert sein kann, und wobei das Neutralisationsmittel auf oder in den Ladebereich (108) entlassen werden kann, insbesondere über die Löschmittelauslässe (134) auf oder in den Ladebereich entlassen werden kann. Aufnahmeeinheit (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Löscheinheit (130) in dem Funktionsraum (112) und/oder einem separaten Löschmittelraum (136) angeordnet ist. Aufnahmeeinheit (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Löschmittelraum (136) als Raumboden und/oder Raumdecke und oder Raumwand mindestens eine Zwischenplatte (120) aufweist, wobei die mindestens eine Zwischenplatte (120) mindestens teilweise als ein flammhemmendes und/oder explosionsschützendes Bauelement hergestellt ist, insbesondere einem nach VPAM-PM2007 Klassen 4, 6 und 7 qualifiziertem Bauelement. Aufnahmeeinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens einen Sensor (176, 178) zur Erfassung einer physikalischen Größe (G), eine Steuereinheit (140) und eine Löscheinheit (130) umfasst, und wobei insbesondere mindestens ein Teil oder eine Einheit des Sensors (176, 178) außerhalb des Batterieraums (114) und vorrangig im Funktionsraum (112) untergebracht ist. Aufnahmeeinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit mindestens einer Sendeeinheit (180) und/oder einem Sensor (176, 178) mit einer Sendeeinheit (180) ausgestattet ist, insbesondere eine Sendeeinheit (180) zur drahtlosen Funkkommunikation mit einem mobilen Endgerät über Bluetooth, WLAN, GSM, 3G, 4G, 5G oder andere geeignete Funkverbindungen oder sonst einem geeigneten Übertragungsprotokoll. Aufnahmeeinheit nach Anspruch einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese
- eine netzunabhängige und/oder
- eine von der Interfaceeinheit (106) unabhängige weitere Stromversorgung für die nicht zur Interfaceeinheit (106) gehörigen Elemente umfasst, insbesondere für die Stromversorgung des mindestens einen Sensors (176, 178), die Sendeeinheit (180) und/oder einer akustischen und / oder optischen Warnanlage. Aufnahmeeinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (102) mindestens zwei Gehäuseschalen oder Gehäuseteile umfasst, welche um ein Bau- oder Trageteil geschlossen werden können, an und/oder in dem die aufladbare Batterie (200) gehalten und/oder aufgenommen ist. Aufnahmeeinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Befestigungseinheit umfasst, mittels welcher sie auf oder an einem externen Tragrahmen befestigt werden kann, insbesondere mittels einer als Schnellverschlussvorrichtung ausgebildete Befestigungseinheit. Verfahren zum elektrischen Beladen und/oder sicheren Lagern einer elektrisch-wiederaufladbaren Batterie (200), dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (200) zum elektrischen Beladen in eine Aufnahmeeinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche eingebracht und darin während mindestens eine Teildauer des Ladevorgangs verbleibt. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Verfahrensschritte umfasst sind:
- Einlegen einer elektrischen Batterie (200) in die Aufnahmeeinheit (100) - Verbindung der Batterie (200) innerhalb der Aufnahmeeinheit (100) mit einer Interfaceeinheit (106) und/oder einem Ladegerät;
- Laden der Batterie (200) bis zu einem definierten Ladezustand und/oder für eine definierte Ladezeit, wobei während des Ladens und/oder Lagerns der Batterie eine Überwachung mindestens einer physikalischen Größe erfolgt, und wobei a. bei Erfassung des Überschreitens eines Grenzwertes (GW) und/oder eines Grenzgardienten (GGr) der physikalischen Größe eine Abschaltung erfolgt, wobei die Abschaltung in einer Unterbrechung des Ladestroms besteht, b. nachfolgend mindestens für eine definierte Zeitdauer (T2) eine Folgeüberwachung erfolgt bezüglich der mindestens einen physikalischen Größe (G), wobei c. bei Verbleib der mindestens einen physikalischen Größe unterhalb eines Folgegrenzwertes (FGW) und/oder unterhalb eines Folgegrenzgradienten (FGGr) eine erste Folgebehandlung erfolgt und d. beim Verbleiben oder Überschreiten der mindestens einen physikalischen Größe des Folgegrenzwertes (FGW) und/oder Folgegrenzgradienten (FGGr) eine zweite Folgebehandlung erfolgt, wobei die zweite Folgebehandlung einen Löschschritt umfasst oder darin besteht. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Größe mindestens eine Temperatur, ein Temperaturanstieg, ein Druck, ein Partialdruck und/oder eine Gasinhaltsstoff ist. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Löschschritt die Einleitung eines Löschmittels in den Innenraum der Aufnahmeeinheit (100) umfasst, insbesondere die Einleitung von CO2, N2 und/oder Löschmittel die für das Löschen oder Abkühlen der Batterien oder Akkus geeignet sind. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folgeüberwachung mindestens eine zeitweise Kühlung und/oder Belüftung der Aufnahmeeinheit (100), insbesondere des Innenraumes (110) und/oder der Batterie (200), umfasst. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folgeüberwachung das Emittieren eines Warnhinweises umfasst. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Folgebehandlung das mechanische Lösen und/oder Trennen der Aufnahmeeinheit (100) von einem Trägerelement umfasst. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Folgebehandlung das Trennen der Aufnahmeeinheit (100) und/oder der Interfaceeinheit (106) von der Batterie (200) umfasst. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neutralisationsschritt erfolgt, indem ein Neutralisationsmittel ein des Innenraums (110) und/oder einen Teilraum des Innenraums (110) entlassen wird, insbesondere über die Löschmittelauslässe (134) entlassen wird.
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