CN105027323A - 用于电池模块的排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于容纳在壳体(14)中的电池模块或电池组(12)的排气系统(10)。壳体(14)容纳多个电池电芯(24-36)。排气系统(10)集成到电池模块或电池组(12)的壳体(14)中。

Description

用于电池模块的排气系统
技术领域
本发明涉及一种用于容纳在壳体中的电池模块或电池组的排气系统。
背景技术
目前处于发展中的带有电动驱动部的车辆(其可以为纯电动车辆、混合动力车辆)具有通过一个或多个电池模块供电的电动驱动部。电池模块通常为多个锂离子电池电芯。在运行中可能由于不同化学机制的相互作用在电池电芯内部出现温度和压力的急剧上升。因此，例如可在过量充电、深放电、过载、内部或外部引起的过热或者内部的电芯故障的情况下出现局部急剧的放热反应，结果导致存在于电池电芯中的电解液的蒸发和并且其分解为其他产物。特别是形成大量危害健康的和/或易燃的气体，例如CO、CO2、乙烯、H2、HF，而且也从电池电芯排出具有高压和大约600℃的温度的蒸气、液体和微粒。电池组的在此出现的气体混合物的量可能相当大。
为了引出产生的这些气体，即，例如氢气、乙烯和电解液蒸气，至今使用两种方法。在用于引出可燃气体的第一方法中使用开放式系统。开放式系统允许在电池模块的壳体内部通过开口自由地排气。在此，气体通过壳体的至少一个开口从电池壳体逸出。替代的方案设有封闭式设计的系统，在其中，已经从电池电芯起通过集流器和其他特意设置的通道从壳体进行排气。这些通道(通过这些通道将可燃气体从壳体向外引导)可由塑料、金属或这两种材料的组合制成。由于有化学腐蚀性的气体混合物的高温和高压，集流器通过布置于此的爆破阀到在周围环境中的电池电芯盖处的气密连接是有问题的。
在开放式系统中或多或少没有针对性地通过壳体的开口进行排气，而在上文提及的封闭式排气系统中设有多个通道，从而该系统非常复杂。在这两种系统中均要求危害健康的气体混合物不会进入乘客舱中，而是可靠地导出到车辆周围环境中。
发明内容
根据本发明提出了一种用于电池模块或电池组的排气系统，该排气系统容纳在壳体中。电池组或电池模块包括多个电池电芯。在根据本发明提出的方案中，排气系统集成到电池模块或电池组的壳体中。在本发明所基于的思想的有利的改进方案中，排气系统(其容纳在一件式或多件式构造的壳体的空腔中)包括集流器。该集流器代替在封闭式排气系统中至今为止所使用的复杂的管路系统。
在根据本发明提出的方案中，排气系统包括集流器，该集流器如此安装在用于容纳电池组或电池模块的一件式或多件式构造的壳体中，即，集流器基本上整个面地跨越电池模块的一侧。
在一个实施方式中，集流器构造成导流板的形式，其中，使从电池电芯泄漏的气体混合物朝导出系统的方向转向。构造为导流板的集流器特别是设置为使得保护布置在壳体中的电芯监测单元(CSCCell Supervisory Circuit)不受热气体的影响。通过集流器在电池电芯上方形成排气路径，其中，在考虑电池电芯容量的情况下提供足够的排气路径横截面。
在另一实施方式中，集流器本身构造为空心体，使得在剧烈升温时从受损的电池电芯离析的可燃气体能够进入到集流器中。例如，集流器具有相应于电池电芯的数量的多个开口，电池电芯被集流器相应覆盖。在此，可在相应的电池电芯或电池电芯盖和集流器之间设置具有环绕的密封部的爆破阀，其中，对密封部的密封要求很低。更确切地说，密封部可有利地补偿电池电芯的高度差并且此外可保证电芯与冷却板的良好的热耦合。
在根据本发明的排气系统中不再需要将各个电池电芯的盖气密地与集流器连接。可燃气体的一部分可无问题地到达电池组壳体中，因为该电池组壳体是气密的、通过爆破装置向外密封的壳体。
排气系统的集流器有利地与例如构造为管状的导出部连接。在根据本发明提出的排气系统的集流器的出口侧和特别是设计为导出管的导出部之间可构造漏斗形的过渡部。集流器的出口侧和导出部不必密封地彼此链接。导出部(其同样提供用于引出泄漏的气体的足够的横截面)尤其具有指向集流器的漏斗形的开口，其中，导出部可根据可供使用的空间成形。因此，不仅由集流器受控地有针对性地引导的可燃气体而且存在于电池组壳体中的气体均到达导出部中。气体混合物通过导出部从在其中容纳有电池组或电池模块的壳体中导出。
导出部构造为使得泄漏的气体混合物的大部分朝从壳体引出的排出开口的方向引导，其中，排出开口气密地容纳在壳体处。在一个实施方式中，在排出开口处设置有爆破装置。当在电池组壳体的内部中达到且超过压力升高的极限值时，这种爆破装置打开。例如构造为爆破盘的爆破装置可通过合适的材料选择、涂层等具有相对于内部抗压强度提高的外部抗压强度。
此外，根据本发明提出的排气系统如此构造，即，至少集流器和导出部可基本上布置在分开式构造的壳体的壳体半部中。由此例如在多件式构造的壳体的壳体盖中的预装配阶段中已经能够准备排气系统的装配。特别是在具有相应的流动横截面的硬管或软管的设计中，至少集流器和与其对应的导出部可利用在多件式构造的壳体的壳体半部中的相应的壳体半部处的固定部来预装配。
本发明的优点
在根据本发明提出的排气系统中能够有针对性地引出可燃气体的绝大部分，而无须为一件式或多件式构造的、用于容纳电池组或电池模块的壳体的空腔设有复杂的管路系统。此外，可通过将集流器设置为导流板和/或将集流器设计为空心体以及将其在出口侧与导出部连接来为可燃气体(即，H2和乙烯)提供足够的流动横截面，这些气体可能在电池电芯急剧升温的情况下非常快速地且大量地形成。因此，在流动横截面方面相应地设计集流器和具有漏斗形进入口的导出管的尺寸。根据本发明提出的排气系统可实现受控的气体排出并且由此实现保护电气部件以防热的逸出的可燃气体和可能的燃烧过程。
通过根据本发明提出的排气系统可在电池电芯排气之后紧接着通过集流器和导出系统进行可燃气体的定向的引出，集流器和导出系统可有利地直接集成到壳体中。可最佳地利用在电池组壳体内部提供的空间，从而提供足够的排气横截面。
附图说明
借助于附图更详细地说明本发明。其中：
图1示出了根据本发明提出的排气系统的一个实施方式的截面；
图2示出了根据本发明提出的排气系统的另一实施方式的截面，以及
图3示出了根据本发明的排气系统的详细视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明提出的排气系统的第一实施方式的剖视图。
图1示出了排气系统10，其设置在壳体14中。如图1所示，壳体14可包括第一壳体半部16和第二壳体半部18，这两个壳体半部在其端部处通过连接部20气密地彼此连接。连接部20例如可为螺纹连接部或其他合适的连接部，如卡锁、夹子等。在壳体14中设置有电池组或电池模块12。电池组或电池模块12包括多个电池电芯。在根据图1的图示中，电池组或电池模块12包括总共七个电池电芯24、26、28、30、32、34和36。如图1进一步所示，各个电池电芯24、26、28、30、32、34、36相对于彼此竖立地并列布置。
代替在图1中所示的七个电池电芯24至36，还可由更多或更少的电池电芯形成电池组或电池模块12。
如可由根据图1的图示得出的那样，各个电池电芯24、26、28、30、32、34和36竖立地容纳在空腔22的内部，该空腔由壳体14的壳体半部16、18形成。
在壳体14的空腔22中设有排气系统10，该排气系统包括集流器38。在根据图1的图示中，集流器38紧邻着位于各个电池电芯24、26、28、30、32、34和36的附近，即，在所示的实施例中跨越电池组或电池模块12的纵向侧。集流器38有利地紧邻着位于电池电芯24、26、28、30、32、34和36的附近。可由金属材料、塑料或塑料和金属材料的组合制成的集流器38在图1所示的实施例中构造为空心体并且包括出口52。出口52接合到安装在引出部46处的漏斗形的过渡元件44中。引出部46可构造为引出硬管或引出软管。
根据本发明的排气系统10包括集流器38和具有漏斗形的过渡元件44的引出部46。引出部46气密地与壳体盖16连接，其中，设有爆破装置54以向外密封。爆破装置54例如可构造为爆破盘，其在从内向外的压力差例如0.5为bar时被激活。此外，由根据图1的图示得知，集流器38在其面向电池电芯24、26、28、30、32、34和36的一侧具有多个开口42。电池电芯24、26、28、30、32、34和36中的每个电池电芯在集流器38的电池电芯侧的一侧配有与之相应的开口42。从未示出的排气开口流出的来自于电池电芯24、26、28、30、32、34和36中的一个或多个电池电芯的可燃气体通过分别分配给电池电芯24、26、28、30、32、34和36的开口42流入到集流器38的内部中并且沿流动方向50流向集流器38的出口52。因此，用于可燃气体的排气路径沿流动方向50延伸到构造为空心体的集流器38的出口52。可燃气体的绝大部分从此处在经过漏斗形的过渡元件44之后到达引出部46中并且通过引出部从壳体14流向外部。集流器38的横截面可根据被覆盖的电池电芯24、26、28、30、32、34和36的数量充足地设计尺寸。
由根据图1的图示得出，在本实施方式变型方案中，不仅构造为空心体的集流器38通过固定部40与第一壳体半部16连接，而且具有构造为漏斗形的过渡元件44的引出部16通过固定部40与第一壳体半部16连接。固定部40(利用其将排气系统的部件固定在第一壳体半部16处)例如可为夹锁件或具有连接板和卡箍连接件的夹子状的固定元件等，其构造为使得由集流器38、漏斗形的过渡元件44和引出部46构成的组合可作为可预装配的组件固定在多件式构造的壳体14的相应的部件(其应为第一壳体半部16或第二壳体半部18)处。排气系统10在空腔22中的这种布置形式能够有利地实现排气系统10在相应的壳体半部16、18中的预装配。通过相应地定位排气系统10的部件(即，构造为空心体的集流器38、在引出部46处的漏斗形的过渡元件44)，可在接合在此在根据图1的图示中多件式构造的壳体14的两个壳体半部16、18时实现将集流器38以其开口42精确地定位在电池电芯24、26、28、30、32、34和36的上方。由此保证当电池电芯24、26、28、30、32、34和36中的至少一个电池电芯受损时将在受损时产生的可燃气体引导到集流器38中，从此处通过漏斗形的过渡元件44引导到引出部46中并且通过引出部从壳体14引出。可燃气体必须从该处通过另一管道系统或通道系统传送到车辆周围环境中。
在根据图1的实施方式变型方案中，根据本发明提出的排气系统10容纳在第一壳体半部16处，该壳体半部在根据图1的实施方式变型方案中用作壳体盖。当然同样存在的可能性是，还可将根据本发明提出的排气系统以类似的方式固定在用作多件式壳体14的壳体底部的第二壳体半部18处。
根据本发明的排气系统10的元件可由塑料、铝、部分防锈处理的钢或这些材料的组合制成。
不仅集流器38而且在引出部46处的构造为漏斗形的过渡部44可设有流动横截面48，使得确保可在壳体14内部产生过高的压力之前将在短时间内产生的可燃气体的量尽可能立即从壳体14的空腔22中导出。在多件式壳体14的情况下，通常在两个通过连接部20彼此接合的壳体半部16、18之间设置有呈密封垫、密封环等形式的环绕构造的密封元件。
在图2中示出了根据本发明的排气系统10的另一实施方式变型方案，其中，相同的部件以与在图1中相同的附图标记来表示。在图2中，同样在呈现为两件式的壳体14中容纳有电池组或电池模块12，其包括多个电池电芯24、26、28、30、32、34和36，这些电池电芯相对于彼此竖立地并列设置。此外，在图2中示出了冷却装置56，其与形成电池组或电池模块12的电池电芯24至36处于热连接中。
在所示的实施方式中构造为导流板的集流器38在电池电芯24至36上方布置成跨越电池组或电池模块12的纵向侧。在所示的实施例中，构造为导流板的集流器38同样通过适合的固定部40与第一壳体半部16连接。构造为导流板的集流器38布置成遮住以附图标记58表示的电子部件(例如电芯监测单元CSC)以防受到从受损的电池电芯逸出的气体的影响。在图2中通过箭头60表明了可燃气体从电池电芯30逸出。逸出的气体由构造为导流板的集流器38沿流动方向50引导并且朝向导出部46流动。可燃气体通过漏斗形的过渡元件44进入导出部46中，该导出部气密地与壳体14连接并且具有朝向外部的设有爆破装置54的开口。在本实施例中示出的排气系统10还为从一个或多个受损的电池电芯24至36中泄漏的可燃气体提供排气路径，在流动横截面方面将该排气路径的尺寸设计为使得确保即使大量的可燃气体也可在短时间之内导出。
在图3中示出了导出部46的详细视图，特别是示出了爆破装置54。
爆破装置54设置在导出部46的导出开口62处。爆破装置54(其有利地构造为具有爆破盘64的阀)一方面确保高的外部抗压强度和内部抗压强度，该外部抗压强度例如承受从外向内的最大20bar的压力差，该内部抗压强度在从内向外的压力差相对较低的情况下已经引起导出开口62的打开，使得可迅速降低内部压力。
相对于开放式系统来说，根据本发明提出的、借助于图1和图2说明的排气系统的优点在于更方便的集成度并且由此改进安全性，因为避免了过小的排气横截面。通过根据本发明提出的排气系统10可极为有效地保护可布置在壳体14内部的电气部件不受热量(其可在气体析出时产生)的影响。

Claims (11)

1.一种用于容纳在壳体(14)中的电池模块或电池组(12)的排气系统(10)，该电池模块或电池组具有多个电池电芯(24、26、28、30、32、34、36)，其特征在于，所述排气系统(10)集成到所述电池模块或电池组(12)的壳体(14)中。
2.根据权利要求1所述的排气系统(10)，其特征在于，所述排气系统包括集流器(38)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述集流器(38)如此安装在所述壳体(14)中，即，该集流器跨越所述电池模块或电池组(12)的电芯的排气阀所在的一侧。
4.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述集流器(38)与导出部(46)连接，该导出部气密地设置在所述壳体(14)中。
5.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述导出部(46)的入口设有构造为漏斗形的过渡元件(44)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述导出部(46)在排出开口(62)处具有爆破装置(54)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述集流器(38)和所述导出部(46)基本上配属于所述壳体(14)的壳体半部(16、18)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述集流器(38)和所述导出部(46)能够利用固定部(40)预装配在所述壳体(14)的壳体半部(16、18)中的一个壳体半部处。
9.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述集流器(38)具有相应于所述电池模块或电池组(12)的电池电芯(24、26、28、30、32、34、36)的数量的多个开口(42)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述集流器(38)是空心体并且具有与所述导出部(46)连接的出口(52)。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的排气系统(10)，其特征在于，所述集流器(38)是导流板，其中产生朝向所述导出部(46)的流动。
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