EP-4738577-A1 - STACKABLE STORAGE TRAY FOR BATTERIES WITH A LARGE CAPACITY

Abstract

Stapelbarer Lagerbehälter (55) mit Lüftungsöffnungen, insbesondere eine stapelbare Lagerwanne, für Batterien mit großer Ladekapazität, insbesondere für Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen in ihrem "Second Life". Um bei Überhitzen oder in-Brand-Geraten einer Batterie die Schäden auf die Batterie und den Behälter zu begrenzen, wird vorgeschlagen, den Behälter mit einem Boden und mit Seitenwänden aus Beton herzustellen, die Belüftungsöffnungen und unter Anderem eine Wasserkammer aufweisen, wobei die Wasserkammer dazu eingerichtet ist, beim Aufeinanderstapein baugleicher Behälter ein Segment eines Löschmittelkanals (20) zu bilden, der mit einem Öffnungselement (23) dazu eingerichtet ist, die weiteren Behälter (55) desselben Stapels mit Löschmittel zu versorgen.

Inventors

• Pöhler, Burkard

Assignees

• Pöhler, Burkard

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251002

Claims (10)

1. Behälter (55) zur Lagerung von Traktionsbatterien (29) von Elektrofahrzeugen, mit einem Boden und mit Seitenwänden, die Belüftungsöffnungen (6, 7, 8, 10) aufweisen, gekennzeichnet dadurch, dass der Boden und die Seitenwände im Wesentlichen aus Beton oder einem anderem, ähnlich druckfestem und hitzeresistentem Material bestehen, wobei die Seitenwände eines Behälters (55) obere Auflageflächen aufweisen zur Herstellung einer stabilen Auflage von unteren Auflageflächen der Seitenwände eines darüber angeordneten Behälters gleicher Bauart, wobei die Seitenwände eine Wandstärke besitzen, die derart ausgebildet ist, dass deren Tragfähigkeit ein Aufeinanderstapeln einer Anzahl von bevorzugt wenigstens 10 batteriebeladenen Behältern (55) gleicher Bauart ermöglicht, wobei an dem Behälter (55) Aufnahmen (17) für Eingriffteile eines Krans zum Abheben eines oder mehrerer Behälter (55) vorgesehen sind, wobei an dem Behälter Zentriervorrichtungen (9, 15) vorgesehen sind, die für ein passgenaues Aufeinanderstapeln der Behälter (55) durch einen Kran eingerichtet sind, und wobei in dem Behälter (55) eine Wasserkammer (2) vorgesehen ist, die eingerichtet ist zur Aufnahme von Lösch- oder Kühlwasser und zu dessen automatisch bewirkten Weiterleitung durch ein Öffnungselement (23) zur Flutung der Batterie im Notfall, und wobei die Wasserkammer (2) dazu eingerichtet ist, beim Aufeinanderstapeln von Behältern (55) ein Segment eines Löschmittelkanals (20) zu bilden, der dazu eingerichtet ist, die weiteren Behälter (55) desselben Stapels mit Löschmittel zu versorgen.
2. Behälter (55) nach Anspruch 1, wobei in dem Behälter (55) eine Batteriekammer (1) vorgesehen ist, die eingerichtet ist zur separaten Lagerung der Batterie (29) separiert von anderen, in den Behälter (55) aufnehmbaren, technisch notwendigen Geräten zum Betreiben der Batterie (29).
3. Behälter (55) nach Anspruch 2, wobei das Öffnungselement (23) zwischen der Wasserkammer (2) und der Batteriekammer (1) vorgesehen ist.
4. Behälter (55) nach Anspruch 3, wobei das Öffnungselement (23) auch dazu eingerichtet ist, die Öffnung zu verschließen.
5. Behälter (55) nach Anspruch 1, wobei er als wesentlichen Bestandteil einen einstückig aus Betonguss hergestellten, quaderförmigen Gusskörper enthält.
6. Behälter (55) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Zentriervorrichtungen (9, 15) durch Zentrierbolzen gebildet sind, die in den vier Eckbereichen des quaderförmigen Gusskörpers in den Beton eingegossen sind.
7. Behälter (55) nach Anspruch 1, wobei in dem Behälter (55) eine von der Batteriekammer (1) separiert gebildete Steckerkammer (4) zur Aufnahme eines elektrischen Stecker-Buchsen-Anschlusssystems zum Management des Batteriestroms und der Steuerung der Kommunikation zu und von technisch notwendigen Geräten zum Betreiben der Traktionsbatterie (29) vorgesehen ist, und eine obere Abschlussplatte Buchsenkontakte und eine untere Abschlussplatte Steckerkontakte enthält, wobei in dem Behälter (55) eine Bodenöffnung (12) vorgesehen ist, die eingerichtet ist zur Durchführung der Steckerkontakte.
8. Behälter (55) nach Anspruch 1, wobei er Sensoren (30) zur Erfassung der in dem Behälter (55) vorherrschenden Temperatur aufweist.
9. Verfahren zum Betreiben eines Lagers von Batterien mit großer Ladekapazität, insbesondere für Traktionsbatterien (29) von Elektrofahrzeugen, enthaltend die Schritte: Aufstapeln einer Mehrzahl von Behältern (55), die eine oder mehrere Batterien enthalten, auf einen Stapel, Lagern von mehreren Stapeln in einer Halle, Benutzen eines automatisch und behälter-autonom arbeitenden Brandschutzsystems für die Batterien, wobei das Brandschutzsystem in jedem der Behälter (55) vorhanden und dazu eingerichtet ist, einen Behälter (55) automatisch mit einem Kühlmittel oder einem Löschmittel zu fluten, wenn eine Batterie überhitzt bzw. in Brand gerät, Verbinden der Mehrzahl an Batterien vorzugsweise über einen Wechselrichter mit einem Stromnetz.
10. Automatisch ablaufendes Brandschutzverfahren für Batterien mit großer Ladekapazität, insbesondere für Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen, wobei sich die Batterien in einem stapelbaren Batteriebehälter (55) befinden und in einem Batterielager stapelweise gelagert sind, enthaltend die Schritte: Herstellen (910) eines den Stapel durchquerenden Löschmittelkanals (20) beim Aufstapeln eines Behälters (55) auf einen anderen, Sensieren (920) einer Überhitzung einer Batterie oder deren in-Brand-geraten durch an einem jeweiligen Behälter (55) angebrachten Wärmesensor, bei einer sensierten Überhitzung oder bei in-Brand-geraten einer Batterie: Einleiten (930) eines behälter-autonomen Löschvorgangs, der die Batterie in dem Behälter (55) automatisch mit dem Löschmittel aus dem Löschmittelkanal (20) flutet, durch Öffnen eines Öffnungselements (23) zwischen Löschmittelkanal (20) und Batterie.

Description

STAND DER TECHNIK Die vorliegende Erfindung betrifft einen stapelbaren Lagerbehälter mit Lüftungsöffnungen, insbesondere eine stapelbare Lagerwanne, für Batterien mit großer Ladekapazität, insbesondere für Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen. Aufgrund der zunehmenden Anzahl von Elektrofahrzeugen, die mit Batterien mit relativ großer Ladekapazität, also beispielsweise 30 kWh und mehr, ausgestattet sind, kann für die nähere Zukunft mit einer immer größer werdenden Anzahl von gebrauchten Batterien gerechnet werden, die wegen Alterung, Ausfall oder Unfall des Fahrzeugs nicht mehr im Fahrzeug verwendbar sein werden. Diese Batterien können dann jedoch immer noch als stationäre Speicher für das Stromnetz dienen und bekommen damit ihr sogenanntes "Second Life". Dazu müssen sie sicher gelagert und über Verbindungsanschlüsse mit dem Stromnetz und einem Kommunikations- und Steuernetz eines Betreibers von solchen Batterien verbunden werden. Die Dauer dieses "Second Life" wird bei Lithium-basierten Batterien auf mindestens 10 Jahre geschätzt. Erst danach schließt sich sinnvoller Weise die Rückgewinnung und Wiederverwertung der verwendeten Rohstoffe an. Allein für Deutschland kann mit ca. 50 Millionen Batterien gerechnet werden, die in einem typischen 16 Jahre dauernden Zyklus, der durchschnittlichen Gebrauchsdauer eines PKW-Fahrzeugs, immer wieder anfallen. Wenn pro Batterie eine Restkapazität von 50kWh angenommen wird, entsteht ein Speicherpotential von 2,45 Terawattstunden. Alle derzeitigen 37 Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland speichern nur 0,04 Terawattstunden. Dies zeigt, wie wertvoll der Beitrag der Second Life Batterien, die dezentral betrieben werden können, für das Stromnetz sein kann. Der Bedarf an "aktiver Lagerfläche", der notwendig ist, um diese Batterien sicher zu betreiben, ist allerdings riesig. Im Stand der Technik gibt es derzeit im Wesentlichen drei unterschiedliche Umgehensweisen mit gebrauchten Batterien des genannten Typs: 1) Zerlegung der Batterie in die Einzelkomponenten. Gehäuse, Kabel und Batteriemanagementsystem (BMS) werden ausgebaut. Die Einzelkomponenten werden typischerweise in sogenannte "10-Fuß-Container" eingebracht und mit einer neuen Elektronik verkabelt. Die benötigte Kapazitätsdichte der oben erwähnten aktiven Lagerfläche inclusive Sicherheitszone liegt bei ca. 40 kWh/m2. Der Aufwand ist relativ groß und arbeitsintensiv. Es werden in nachteilhafter Weise viele, noch funktionsfähige Bauteile verschwendet.2) Der Einbau kompletter Batterien in einen sogenannten "20-Fuß-Container" sowie weiterer Elektronik kommt auf eine Kapazitätsdichte von ca. 25 kWh/m2. Der Aufwand ist ebenfalls relativ groß. Diese Variante benötigt etwa 60% mehr Platz als die zuvor genannte Variante. Beide Varianten sind für eine Aufstellung im Freien konzipiert und benötigen Abstand zu gegebenenfalls vorhandenen Nachbarcontainern aufgrund von Brandschutzanforderungen. Beim sogenannten "Thermischen Durchgehen" einer Batterie werden die Container von der Feuerwehr komplett geflutet. Alle Batterien und die damit verbundenen wertvollen Komponenten der Leistungs- und Kommunikationselektronik werden dabei in nachteilhafter Weise unbrauchbar.3) Der Einbau kompletter Batterien in vorhandene oder neue Gebäude. In Deutschland ist derzeit ein Lager für 17.000 neuwertige Batterien als Produktionspuffer auf einer Fläche von 20.300m2 geplant. Daraus ergibt sich eine Kapazitätsdichte von 84 kWh/m2. Weitere Details hierzu sind abrufbar unter Lithium Ionen Batterielogistik: Sicherer Transport und Lagerung (hartmann-international.de) zuletzt abgefragt am 09.10.2024. Die in den Gebäuden genutzten Lagerbereiche sind üblicherweise kleinteilig aufgebaut und durch Brandschutzwände unterteilt, damit im Brandfall der Schaden klein bleibt. Damit entsteht in nachteilhafter Weise ein hoher Gebäudekostenanteil und Bauaufwand bei der Lagerung der Batterien. Hierzu zählt auch die sogenannte "BMW Batterie-Speicherfarm" in Leipzig. Details siehe unter BMW Batterie-Speicherfarm Leipzig. (bmwgroup.com) zuletzt abgerufen am 09.10.2024. Nach den Informationen und visuellen Eindrücken aus dem dort abrufbaren Video sind die dort gezeigten Regal-Lagerplätze auf BMW-eigene Batterien ausgelegt und damit vermutlich nicht für andere Batterien mit unterschiedlicher Bauart und anderen Abmessungen geeignet. Unklar ist, wie im Brandfall die Maßnahmen aussehen und welche Folgen sie haben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, verbesserte Lagervorrichtungen zum Lagern und Betreiben von gebrauchten oder neuen Batterien der eingangs genannten Art zu schaffen, ein Brandschutzverfahren zu schaffen, das bei Überhitzen oder in-Brand-Geraten einer Batterie die Schäden auf die Batterie und den Behälter begrenzen und ein Lagerverfahren zum Errichten und Betreiben eines Blocklagers in einer Industriehalle mit höherer, elektrischer Kapazitätsdichte [kWh / qm], bezogen auf die benötigte Hallenfläche. VORTEILE DER ERFINDUNG Der erfindungsgemäße Gegenstand