DE102012020324A1

DE102012020324A1 - Batterie für ein Flurförderzeug

Info

Publication number: DE102012020324A1
Application number: DE201210020324
Authority: DE
Inventors: Michael Opitz; Adrian Kautzky
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Batterie für ein Flurförderzeug, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einem Batteriegehäuse, einem oder mehreren Batterieelementen und einem Batteriemanagementsystem, das den Zustand des oder der Batterieelemente überwacht, mit einer Löscheinrichtung, die einen Löschmittelspeicher, ein oder mehrere Sensoren und eine Löschmittelabgabeeinrichtung aufweist, wobei – der oder die Sensoren mit dem Batteriemanagementsystem elektrisch leitend verbunden sind und – das Batteriemanagementsystem die Löschmittelabgabeeinrichtung ansteuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie für eine Flurförderzeug, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie.
Aus DE 10 2010 050 742 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bekämpfung oder Vermeidung von Bränden im Inneren, an der Oberfläche oder in der Umgebung eines elektrochemischen Energiespeichers bekannt geworden. Bei der bekannten Vorrichtung ist im Inneren eines elektrochemischen Energiespeichers ein Sensor vorgesehen, der eine Konzentration eines Inertgases oder einer Mischung aus Inertgasen in, an oder bei dem elektrochemischen Energiespeicher misst und, wenn die gemessene Konzentration des Inertgases unter einen vorbestimmten Wert sinkt, ein bevorratetes Inertgas freisetzt. Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt demnach der Betrieb des elektrochemischen Energiespeichers in einer Umgebung, in der stets eine ausreichende Konzentration von Inertgas vorhanden ist. Ein solcher Betrieb ist teuer und aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie bereitzustellen, die mit möglichst einfachen Mitteln eine Bekämpfung von jeglicher Art von Bränden in oder an der Batterie unterstützt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Batterie mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Batterie ist vorgesehen und bestimmt für ein Flurförderzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung Lithium-Ionen-Batterien. Die erfindungsgemäße Batterie weist ein Batteriegehäuse, ein oder mehrere in dem Batteriegehäuse angeordnete Batterieelemente und ein Batteriemanagementsystem auf. Das Batteriemanagementsystem dient dazu, den Zustand der einzelnen Batterieelemente zu überwachen. Ferner ist eine Löscheinrichtung vorgesehen, die einen Löschmittelspeicher, einen oder mehrere Sensoren und eine Löschmittelabgabeeinrichtung aufweist. Erfindungsgemäß sind der oder die Sensoren mit dem Batteriemanagementsystem elektrisch leitend verbunden. In dem Batteriemanagementsystem können mit den vorhandenen elektronischen Komponenten die eingehenden Signale verarbeitet werden. Das Batteriemanagementsystem steuert, ansprechend auf die von den Sensoren erfassten Werte, die Löschmittelabgabeeinrichtung an.
Die erfindungsgemäße Batterie nutzt die bereits vorhandenen elektronischen Komponenten und Bauteile des Batteriemanagementsystems aus, um eine Löscheinrichtung für die Batterie zu steuern. Im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung zur Bekämpfung von Branden erfolgt hier nicht ein Arbeiten der Batterie in einer ausreichend vorhandenen Konzentration von Inertgas, sondern ein Löschmittel wird nur im Bedarfsfall abgegeben. Hinzu kommt, dass die für eine Löschmitteleinrichtung vorhandenen Komponenten, wie beispielsweise Steuerungen und Speicher, nicht zusätzlich mit der Löscheinrichtung in die Batterie integriert werden müssen, sondern auf bereits vorhandene Komponenten des Batteriemanagementsystems zurückgegriffen wird. Erfindungsgemäß erfolgt eine Doppelnutzung des Batteriemanagementsystems, um einerseits eine Löschmittelabgabeeinrichtung anzusteuern und andererseits, wie an sich bekannt, die Ströme und Spannungen zwischen den Batterieelementen untereinander zu steuern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Temperatursensor für die Löscheinrichtung vorgesehen, und das Batteriemanagementsystem steuert die Löschmittelabgabeeinrichtung an, wenn die erfasste Temperatur einen vorbestimmten Temperaturwert überschritten hat. Der Temperatursensor kann hierbei so innerhalb der Batterie angeordnet sein, dass sowohl ein Brand mit einer erhöhten Temperatur innerhalb des Batteriegehäuses erfasst werden kann als auch ein Brand unmittelbar angrenzend an das Batteriegehäuse. Für den Temperatursensor ist keine aufwendige zusätzliche Elektronik erforderlich, sondern der Temperatursensor kann von dem bereits vorhandenen Batteriemanagementsystem der Batterie angesteuert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein Drucksensor für die Batterie vorgesehen und mit dem Batteriemanagementsystem verbunden. Das Batteriemanagementsystem steuert die Löschmittelabgabeeinrichtung an, wenn der erfasste Druckwert einen vorbestimmten Druckwert übersteigt. Ein in dem Batteriegehäuse ansteigender Druckwert ist ein Hinweis darauf, dass eines der Batterieelemente nicht ordnungsgemäß arbeitet, so dass die Gefahr für einen Brand oder eine Explosion vorliegt. Auf diese Weise wirkt die Löschmittelabgabeeinrichtung präventiv und reduziert somit Gefahren, die von einer mit zu hohem Druck beaufschlagten Batterie ausgehen können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann eine Ansteuerung der Löschmittelabgabeeinrichtung auch unabhängig von erfassten Sensorwerten erfolgen, wenn die zur Regelung der Batterieelemente erfassten Spannungswerte um mehr als einen zulässigen Differenzwert von einem vorbestimmten Spannungswert abweichen. Die auf diese Art und Weise eingerichtete Löscheinrichtung greift zusätzlich zu den erfassten Sensorwerten auf die bereits in dem Batteriemanagementsystem vorliegenden Messwerte zurück, so dass eine gefährliche oder kritische Situation für die Batterie zuverlässiger erkannt werden kann.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist ein Not-Löschschalter an dem Batteriegehäuse vorgesehen, bei dessen Betätigung die Löschmittelabgabe geöffnet wird. Der Not-Löschschalter kann mechanisch und/oder elektrisch betätigt werden. Ein wichtiger Aspekt an dem Not-Löschschalter ist, dass beispielsweise bei einem Brand in der Umgebung der Batterie frühzeitig ein Löschvorgang ausgelöst werden kann. Zudem kann so ein Löschvorgang auch bei einem defekten Batteriemanagementsystem der Batterie ausgelöst werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Löschmittelabgabe relativ zu den Batterieelementen in einer Einbauposition der Batterie derart angeordnet, dass das abgegebene Löschmittel sich selbsttätig, bevorzugt unter Einwirkung der Schwerkraft, über die Batterieelemente verteilt. In der Regel sind Löschmittel schwerer als Luft, so dass die Löschmittelabgabe in der Einbauposition der Batterie oberhalb oder im oberen Bereich der Batterieelemente erfolgt, damit das Löschmittel sich über die Batterieelemente verteilt.
Bevorzugt weist die Löschmittelabgabeeinrichtung einen Gasbehälter mit dem Löschmittel auf. Die Löschmittelabgabe erfolgt über ein Ventil, das elektrisch von dem Batteriemanagementsystem ansteuerbar ist. Zusätzlich kann das Ventil einen integrierten Überdruck und/oder Übertemperatursensor aufweisen, der das Ventil bei Vorliegen eines zu hohen Druck- oder Temperaturwertes öffnet, so dass eine Löschmittelabgabe direkt ohne Ansteuerung durch das Batteriemanagementsystem erfolgen kann. Der in das Ventil integrierte Überdruck- und/oder Übertemperatursensor kann sich hierbei auf Drücke und Temperaturen innerhalb des Löschmittelbehälters beziehen oder auf Werte innerhalb des Batteriegehäuses.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Löscheinrichtung kann innerhalb des Batterieelements vorgesehen sein oder außerhalb der Batterieelemente innerhalb des Batteriegehäuses.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 ein schematisch dargestelltes Batterieelement mit einer in das Batterieelement integrierten Löscheinrichtung und
2 eine Batterie mit einem Batteriegehäuse, in dem die Löscheinrichtung und das Batterieelement aufgenommen sind.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Batteriezelle 2 mit ihrem zugehörigen Batteriemanagementsystem 3. Eine oder mehrere Batteriezellen bilden ein Batterieelement. Das Batteriemanagementsystem 3 besitzt elektrische Kontakte 7 und 8, an denen die Batteriespannung abgegriffen werden kann. Das Batteriemanagementsystem 3 ist mit Sensoren 6 ausgestattet, die den elektrischen Zustand der Batteriezelle 2 überwachen und beispielsweise bei einem Batterieelement mit Lithium-Ionen-Zellen deren Ausgangsspannung balancieren. In das Batterieelement 2 integriert sind ein Gasbehälter 5 sowie ein Ventil 4 für den Gasbehälter 5. Wie schematisch durch die Gaswolke 9 dargestellt, kann das Ventil 4 den Gasbehälter 5 betätigen, so dass dessen Inhalt in Form einer Gaswolke 9 austritt und sich innerhalb der Batteriezelle 2 verteilt. Bei dem Gas handelt es sich bevorzugt um ein Inertgas, wie beispielsweise Kohlendioxid (CO₂) oder Stickstoff (N₂), mit dem der Sauerstoff verdrängt und somit ein Brand gelöscht oder verhindert wird.
Ferner ist in der Batteriezelle 2 ein Sensor 10 vorgesehen, der den Druck und/oder die Temperatur in der Batteriezelle erfasst und diesen erfassten Wert an das Batteriemanagementsystem 3 weiterleitet. Das Batteriemanagementsystem 3 erkennt, ob die erfassten Werte für Druck und/oder Temperatur vorbestimmte Schwellwerte für eine maximale zulässige Temperatur oder einen maximal zulässigen Druckwert überschreiten. In diesem Fall Rist das Batteriemanagementsystem 3 das Ventil 4 als Löschmittelabgabeeinrichtung aus, so dass das Gas 9 austritt und das Batterieelement kühlt bzw. einen Brand an diesem löscht.
Der besondere Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, dass der Gasbehälter 5 mit seinem Ventil 4 in die Batteriezelle 2 integriert ist und zur Ansteuerung des Ventils keine gesonderte Elektronik vorgesehen werden muss, sondern auf die vorhandene Elektronik des Batteriemanagementsystems zurückgegriffen werden kann. Das Volumen des Gasbehälters 5 richtet sich dabei nach der Größe der Batteriezelle 2.
2 zeigt eine Ausgestaltung, bei der ein oder mehrere Batteriezellen 2 in einem Batteriegehäuse 1 angeordnet sind. Das Batteriegehäuse 1 besitzt elektrische Kontakte 11 und 12, die über das Batteriemanagementsystem 3 mit den elektrischen Kontakten 7 und 8 des oder der Batteriezellen 2 verbunden ist. In dem Batteriegehäuse können mehrere Batteriezellen 2, auch zu Batterieelementen zusammengefasst, vorgesehen sein, deren elektrische Kontakte mit den elektrischen Kontakten 11 und 12 verbunden sind. In dem Batteriegehäuse 1 ist der Gasbehälter 5 mit seinem Ventil 4 außerhalb der Batterieelemente 2 separat angeordnet. Ebenfalls ist der Druck- oder Temperatursensor 10 außerhalb der Batteriezellen 2, aber innerhalb des Batteriegehäuses 1 separat angeordnet. Der oder die Sensoren 10 sind elektrisch leitend mit dem Batteriemanagementsystem 3 verbunden, um das Ventil 4 zu betätigen, wenn ein zulässiger Maximalwert für Druck oder Temperatur überschritten ist. Ebenfalls kann ein in dem Batteriemanagementsystem vorgesehener Sensor 6 das Ventil 4 des Gasbehälters 5 öffnen, falls ein Strom- oder Spannungswert der Batteriezellen 2 überschritten wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010050742 A1 [0002]

Claims

Batterie für ein Flurförderzeug, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einem Batteriegehäuse (1), einem oder mehreren Batterieelementen (2) und einem Batteriemanagementsystem (3), das den Zustand des oder der Batterieelemente (2) überwacht, mit einer Löscheinrichtung, die einen Löschmittelspeicher (5), ein oder mehrere Sensoren (10) und eine Löschmittelabgabeeinrichtung (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – der oder die Sensoren (10) mit dem Batteriemanagementsystem (3) elektrisch leitend verbunden sind und – das Batteriemanagementsystem (3) die Löschmittelabgabeeinrichtung (4) ansteuert.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor vorgesehen ist und das Batteriemanagementsystem die Löschmittelabgabeeinrichtung (4) ansteuert, wenn die erfasste Temperatur einen vorbestimmten Temperaturwert überschreitet.
Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor vorgesehen ist und das Batteriemanagementsystem die Löschmittelabgabeeinrichtung ansteuert, wenn der erfasste Druckwert einen vorbestimmten Druckwert übersteigt.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemanagementsystem (3) die Löschmittelabgabeeinrichtung (4) ansteuert, wenn die zur Regelung der Batterieelemente erfassten Spannungswerte um mehr als einen zulässigen Differenzwert von einem vorbestimmten Spannungswert abweichen.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Not-Löschschalter an dem Batteriegehäuse vorgesehen ist, bei dessen Betätigung die Löschmittelabgabeeinrichtung geöffnet wird.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Einbauposition der Batterie die Löschmittelabgabe relativ zu dem Batterieelement derart angeordnet ist, dass das abgegebene Löschmittel (9) sich über das oder die Batterieelemente verteilt.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Löscheinrichtung einen Gasbehälter (5) mit einem Löschmittel enthält.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschmittelabgabeeinrichtung ein Ventil (4) aufweist, das elektrisch von dem Batteriemanagementsystem ansteuerbar ist.
Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (4) einen integrierten Überdruck- und/oder Übertemperatursensor aufweist, der das Ventil bei Vorliegen eines zu hohen Druck- oder Temperaturwertes öffnet.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Löscheinrichtung innerhalb eines Batterieelements (2) vorgesehen ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Löscheinrichtung innerhalb des Batteriegehäuses (1) und außerhalb des oder der Batterieelemente (2) vorgesehen ist.