Titel

Transportbehälter für eine defekte Lithium-Ionen-Batterie Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transportbehälter für eine defekte

Lithium-Ionen-Batterie.

Stand der Technik Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie

Windkraftanlagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, als auch bei Elektronikgeräten, wie Laptops oder Mobiltelefonen, neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe

Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden.

In Fahrzeugen mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb kommen Batterien zum Einsatz, um die elektrische Energie für den Elektromotor, welcher den Antrieb unterstützt bzw. als Antrieb dient, zu speichern. In den Fahrzeugen der neuesten Generation finden hierbei sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen

Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive und eine negative Elektrode auf, an denen Lithium-Ionen reversibel ein- (Interkalation) oder wieder auslagern (Deinterkalation) können. In der Regel werden mehrere Batteriezellen zu einem Batteriemodul und anschließend mehrere Batteriemodule durch Parallel- oder Reihenschaltung zu einer Batterie (Batteriesystem oder Batteriepack) zusammengefasst.

Die hohe Energiedichte von Lithium-Ionen-Batteriezellen stellt im Falle eines Unfalls allerdings eine potentielle Gefahrenquelle dar. Durch Leckage oder einen lokalen Kurzschluss kann ein sich selbst beschleunigender Prozess in Gang gesetzt werden, der schlussendlich zu einer Verdampfung und Degradation des Elektrolyten mit Entgasung der Zelle unter Freisetzung einer Vielzahl von zumeist gesundheitsgefährdenden und/oder giftigen oder ätzenden Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten führt. Zudem sind die freigesetzten Gase leicht entzündlich, wobei eine Entzündung zur Entstehung weiterer gesundheitsschädlicher Brandgase und Verbindungen führt. Probleme in einzelnen Batteriezellen können auf diese Weise auf das gesamte Batteriemodul übergreifen, auch wenn dieses anfangs nicht in diesem Umfang beschädigt war.

Es besteht daher das Bedürfnis, beschädigte oder defekte

Lithium-Ionen-Batterien in sicherer Weise abtransportieren zu können, um dann die weitere Entsorgung oder Reparatur der Batterie unter kontrollierten

Bedingungen in Spezialbetrieben zu ermöglichen.

Offenbarung der Erfindung

Eines oder mehrere der angesprochenen Probleme kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Transportbehälters für eine Lithium-Ionen-Batterie gemindert oder zumindest gelöst werden. Der Transportbehälter besteht dazu aus einem nicht brennbaren Material.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein Transport einer möglicherweise beschädigten Lithium-Ionen-Batterie in besonders sicherer Weise mit Hilfe eines Transportbehälters aus einem nicht brennbaren Material erfolgen kann. Das nicht brennbare Material kann beispielsweise ein Metall sein (beispielsweise Stahl).

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung befindet sich eine Kühlung im Innenraum des Transportbehälters. Auf diese Weise kann die

Lithium-Ionen-Batterie während des Transportes gekühlt werden, beispielsweise auf Temperaturen von bis zu -20 °C, um einen Thermal-Runaway der

beschädigten Batterie zu verhindern.

In Ergänzung oder auch unabhängig davon kann der Transportbehälter wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie oder Temperatur im Transportbehälter aufweisen. Der von dem Temperatursensor bereitgestellte Messwert kann zur Steuerung der Kühlung für den Innenraum herangezogen werden. Der Temperatursensor wird in den Transportbehälter eingebracht sein und besitzt eine geeignete Leitung oder drahtlose Schnittstelle zur Übertragung seines Messsignals in eine außerhalb des Transportbehälters befindliche Auswerteeinheit. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Auslesen der internen Temperatursensoren der Lithium-Ionen-Batterie über das Batteriemanagementsystem erfolgen.

Vorzugsweise weist die Transportbox eine Schnittstelle zum Anschluss des Batteriemanagementsystems an ein Zellüberwachungssystem der

Lithium-Ionen-Batterie auf. Über das Batteriemanagementsystem können in

Abhängigkeit von den individuellen Zelldaten weitere Maßnahmen, wie beispielsweise die Benachrichtigung der Feuerwehr oder spezieller Notdienste, eingeleitet werden. Weiterhin ist bevorzugt, wenn der Transportbehälter einen Gassensor zur

Erfassung einer Gaszusammensetzung im Innenraum des Transportbehälters umfasst. Mit einem solchen Gassensor kann eine Veränderung der

Gaszusammensetzung in Folge eines Thermal-Runaways der

Lithium-Ionen-Batterie detektiert werden, beispielsweise anhand der H ₂ -, CO- oder C0 ₂ -Konzentration im Innenraum. Erneut weist der Sensor entsprechende

Signalleitungen bzw. Funkschnittstellen zur Übertragung seiner Messwerte an eine externe Auswerteeinheit des Transportbehälters auf.

Ferner ist bevorzugt, wenn der Transportbehälter eine Überwachungseinheit umfasst, die eingangsseitig mit dem Temperatursensor bzw. Gassensor verbunden ist und bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte für die

Temperatur bzw. Gaszusammensetzung im Innenraum des Transportbehälters ein Alarmsignal ausgibt. Mit anderen Worten, die vom Temperatursensor bzw. Gassensor bereitgestellten Messwerte werden in der Überwachungseinheit ausgewertet. Wenn die Auswertung in der Überwachungseinheit ergibt, dass vorgegebene Grenzwerte für Temperatur und Gaszusammensetzung überschritten sind, wird ein Alarmsystem aktiviert, indem ein entsprechendes Alarmsignal erzeugt wird. Die Ausgabe des Alarms kann beispielsweise optisch mit Hilfe einer Anzeigevorrichtung oder akustisch über einen Lautsprecher erfolgen. Der Transportbehälter kann ferner ein Notkühlsystem umfassen, das dazu ausgelegt ist, Flüssigstickstoff oder ein gasförmiges Kühlmittel, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, in den Innenraum des Transportbehälters zu leiten, um einen Thermal-Runaway der Lithium-Ionen-Batterie zu unterbinden. Die Aktivierung des Notkühlsystems kann ebenfalls über die Überwachungseinheit erfolgen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Transportbehälter mit einem Positionssensor. Über den Positionssensor kann Lage und Ort des

Transportbehälters mit Hilfe eines globalen Positionierungssystems

(beispielsweise GPS) bestimmt werden.

Weiterhin weist der Transportbehälter ein Überdruckventil auf, so dass im Innenraum des Transportbehälters freigesetzte Gase nach außen geleitet werden können, jedoch keine Luft eindringen kann.

Schließlich kann der Transportbehälter in einer weiteren bevorzugten

Ausführungsform eine Begasungsanlage zur Einspeisung eines Inertgases in den Innenraum des Transportbehälters aufweisen. Mit anderen Worten, der

Innenraum kann mit Hilfe der Begasungsanlage mit Inertgas geflutet werden, so dass exotherme Prozesse mit Sauerstoff von vornherein unterbunden werden können.

Der Transportbehälter kann ferner eine Entgasungsanlage mit

Neutralisierungsmittel umfassen, über welche ein von der Batterie freigesetztes Gas in den Außenraum des Transportbehälters geleitet wird und dabei für die Umwelt oder den Menschen gefährliche Stoffe im Gas durch geeignete

Neutralisierungsmittel, wie beispielsweise Calcium- oder Magnesiumcarbonat, neutralisiert werden.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Transportbehälters für

Lithium-Ionen-Batterie. Ausführungsformen der Erfindung

Gemäß der in Figur 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform ist der

Transportbehälter 10 aus einem nicht brennbaren Material (Stahlblech oder dergleichen) geformt und die Batterie 12 wird im Innenraum über nicht dargestellte Mittel für den Transport fixiert. Die Batterie 12 wird dazu auf einer Kühlung 14 platziert, mit der gleichzeitig die Batterie 12 heruntergekühlt werden kann. So kann beispielsweise eine Transporttemperatur von bis zu -20 °C eingestellt werden.

Ein Temperatursensor 16 erfasst eine aktuelle Temperatur der Batterie 12 und übermittelt diese an eine Überwachungseinheit 18. Weiterhin befindet sich im Innenraum des Transportbehälters 10 ein Gassensor 20, der ebenfalls

Messdaten an die Überwachungseinheit 18 übermittelt.

In der Überwachungseinheit 18 werden die von den Sensoren 16, 20 gelieferten Daten ausgewertet und bei Überschreiten hinterlegter Grenzwerte für die

Temperatur bzw. Gaszusammensetzung wird ein Alarmsignal erzeugt, das zum Beispiel optisch mit einer Anzeige 22 oder akustisch mit einem Lautsprecher 24 ausgegeben wird. Ebenso ist eine ferngesteuerte Übertragung des Alarmsignals, z. B. in das Fahrerhaus eines LKWs, der den Transportbehälter 10 aufnimmt, denkbar, so dass der Fahrer über eine zusätzliche Anzeige 26 über den Zustand der Batterie 12 und mögliche Gefahren informiert wird.

Schließlich kann mittels eines Positionssensors 28 die Lage des

Transportbehälters 10 mit Hilfe eines globalen Positionierungssystems, wie GPS, bestimmt werden, so dass im Notfall weitere Rettungsmaßnahmen gezielt eingeleitet werden können.

Der Transportbehälter 10 weist ferner eine Notfallkühlung 30 auf. Mittels der Notfallkühlung 30 kann beispielsweise flüssiger Stickstoff in den Innenraum des Transportbehälters 10 geleitet werden, um ein Überhitzen der Batterie 12 zu verhindern bzw. die Batterie 12 in inerter Atmosphäre abzukühlen. Ein Überdruckventil 32 ermöglicht das sichere Ausleiten von entstehenden Gasen aus dem Innenraum des Transportbehälters 10, ohne dass Sauerstoff oder Wasserdampf eindringen kann. Der Transportbehälter 10 kann ferner eine Entgasungsanlage (32) mit

Neutralisierungsmittel umfassen, über welche ein von der Batterie 12

freigesetztes Gas in den Außenraum des Transportbehälters 10 geleitet wird und dabei für die Umwelt oder den Menschen gefährliche Stoffe im Gas durch geeignete Neutralisierungsmittel, wie beispielsweise Calcium- oder

Magnesiumcarbonat, neutralisiert werden.