CN110534670B - 具有灭火装置的电池组以及机动车 - Google Patents

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Abstract

用于机动车的电池组，其具有：包围电池组内部空间的电池组壁；布置在电池组内部空间中的灭火剂储存器，其中在灭火剂储存器中容纳灭火剂；和在电池组内部空间中与灭火剂分离地布置的至少一个电池组电池，灭火剂储存器具有用于挡住灭火剂的储存器壁，电池组如此构造，使得储存器壁在电池组电池的正常运行温度的情况下具有第一壁温度并且在电池组电池的极限运行温度的情况下具有第二壁温度。储存器壁构造用于在第一壁温度的情况下保持用于挡住灭火剂的密封性并且在第二壁温度的情况下通过热而受损坏，其中第二壁温度高于第一壁温度，借助电池组的电池组电池能够使储存器壁达到第二壁温度。此外，本发明涉及具有电动机和根据本发明的电池组的机动车。

Description

具有灭火装置的电池组以及机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车、尤其电动车辆或混合动力车辆的具有集成的灭火装置的电池组。此外，本发明涉及一种具有这种类型的电池组的机动车、尤其电动车辆或混合动力车辆。
背景技术
作为对于具有内燃机的常规机动车的环保以及节能的替代方案，尤其全混合动力车辆（Vollhybridfahrzeug）和电动车辆越来越重要。全混合动力车辆和电动车辆具有至少一个电动机，所述至少一个电动机构造用于驱动机动车，其中，全混合动力车辆除了电动机之外附加地具有用于驱动机动车的至少一个内燃机。
为了提供用于运行电动机的电能，全混合动力车辆和电动车辆具有可再充电的电池组。全混合动力车辆的有效距离至少部分地取决于电池组的存储容量。电动车辆的有效距离与电池组的存储容量成比例。因为机动车仅仅具有用于电池组的有限的结构空间，所以电池组的容量的增大仅仅能够通过提高电池组的功率密度或能量密度来实现。
锂离子电池组以下称作Li离子电池组（Li-Ion-Batterien），所述锂离子电池组具有特别高的功率密度以及相对大数目的可能的充电周期或者每充电周期的特别小的容量损失。出于该原因，在汽车制造中、尤其在全混合动力车辆以及电动车辆的情况下，Li离子电池组在此期间是广泛普遍的。
高的能量密度的Li离子电池组的优点同时也是Li离子电池组的主要缺点，因为高的能量密度基本上基于锂的高易反应性。基于锂的高易反应性，Li离子电池组尤其在事故状况下构成对于环境而言的高风险。由于Li离子电池组的通过事故引起的塑性变形，锂例如可能从Li离子电池组中出来并且与环境、尤其与水以爆炸性的方式进行反应。此外，在Li离子电池组内的这样的塑性变形可能引起短路，由此可能对电池组过度加热并且最终使其燃烧或者甚至爆炸。
为了将机动车中的Li离子电池组的损坏的风险保持得尽可能低，通过壳体、机动车的车辆结构以及车底保护装置（Unterfahrschutz）来保护所述电池组免受外部的机械作用。优选地，将电池组安装在机动车中的以下位置上：在所述位置上，在碰撞时电池组的损坏风险是特别小的。
虽然如此，在考虑到最大可能的保护装置的情况下，电池组的燃烧也绝不是百分之百可避免的。出于该原因，具有Li离子电池组的一些机动车具有用于在电池组上救火的灭火装置。在US 9,490,507 B2中描述一种电池组管理系统，所述电池组管理系统耦合到灭火装置上。在此，借助传感器监测电池组的各个电池组电池。如果探测到电池组电池的局部过度加热，则将冷却介质通过在电池组中集成的冷却通道引导至相关电池组电池，由此可引起电池组电池的冷却并且可避免或者至少可控制（eindämmbar）电池组电池的热失控。US9,704,384 B2涉及一种用于电池组的、引导冷却剂的冷却系统，所述冷却系统具有多个冷却板。此外，冷却系统具有用于在电池损坏（Zellhavarie）的情况下将冷却剂有针对性地注射到电池组中的注射器。处于压力下的冷却剂的在此发生的扩张导致局部的冷却并且因此导致对电池组电池的热失控的控制。DE 10 2012 021 095 A1公开另外一种用于电池组的灭火装置。该灭火装置具有用于容纳灭火剂的外部储存器、用于探测电池损坏的传感机构以及引导系统，其中所述引导系统用于，作为对借助传感机构探测到受损坏的电池组电池的响应、将灭火剂引导到电池组中。
DE 10 2012 214 262 A1描述一种用于混合动力车辆和电动车辆中的高伏特电池组的灭火方案。该灭火系统具有灭火剂储存器（Löschmittelreservoir），所述灭火剂储存器具有额定断裂位置（Sollbruchstelle），所述灭火剂储存器布置在电池组壳体内。此外，灭火系统具有温度传感器、控制装置和执行器。在通过温度传感器探测到超出极限温度的情况下，借助控制装置操控执行器，以便使灭火剂储存器在额定断裂位置上裂开并且因此释放灭火剂。DE 10 2013 216 296 A1涉及一种可比的电池组，其中，替代温度传感器来使用用于探测电池组电池的损坏的化学传感器。
已知的具有灭火装置的电池组具有以下缺点：所述电池组具有非常复杂的结构，并且用于探测电池组电池的损坏的耗费的传感机构以及用于触发灭火过程的执行器是必需的。据此，已知的具有灭火装置的电池组的制造成本是特别高的。此外，尤其复杂地构造的灭火装置是非常易受干扰的，从而存在相对高的剩余风险（Restrisiko）：即，不触发或至少延误地触发灭火装置。由此影响机动车的运行安全性。此外，额定断裂位置具有以下缺点：尽管是在不存在电池损坏的情况下，额定断裂位置无意地失效（versagen）并且可能因此释放灭火剂。电池组的使用寿命可能由此受影响。
发明内容
因此，本发明的任务是，消除或者至少部分地消除电池组中的以及具有电池组的机动车中的先前描述的缺点。尤其，本发明的任务是，实现一种电池组和具有电池组的机动车，所述电池组和所述机动车以简单的和低成本的方式和方法来确保电池组的可靠灭火并且因此避免或者至少减小电池组电池失控的风险。
先前的任务通过本发明来解决。据此，所述任务通过用于机动车的电池组以及通过具有这种类型的电池组的机动车来解决。本发明的另外的特征和细节由说明书和附图得出。在此，与根据本发明的电池组相关联地描述的特征和细节显然也与根据本发明的机动车相关联地适用，并且分别反之亦然，从而关于各个发明方面的公开内容始终相互参考或者可以相互参考。
根据本发明的第一方面，所述任务通过用于一种用于机动车的电池组来解决。该电池组具有：包围电池组内部空间的电池组壁；布置在所述电池组内部空间中的灭火剂储存器，其中在所述灭火剂储存器中容纳灭火剂；和在所述电池组内部空间中与所述灭火剂分离地布置的至少一个电池组电池。所述灭火剂储存器具有用于挡住（Zurückhalten）所述灭火剂的储存器壁。所述电池组如此构造，使得所述储存器壁在所述电池组电池的正常的运行温度的情况下具有第一壁温度并且在所述电池组电池的极限运行温度的情况下具有第二壁温度。根据本发明，所述储存器壁被构造用于，在所述第一壁温度的情况下保持用于挡住所述灭火剂的密封性并且在所述第二壁温度的情况下通过热而受损坏。所述第二壁温度高于所述第一壁温度。借助所述电池组的电池组电池能够使所述储存器壁达到（bringbar）所述第二壁温度。
电池组壁构造用于，保护电池组内部空间免受外部影响，尤其是水、污物以及机械负荷等。至少一个电池组电池、优选多个电池组电池布置在电池组内部空间内以及优选相对于电池组壳体是位置固定的（lagefixiert）。
灭火剂储存器布置在电池组内部空间内并且如此密封，使得容纳在灭火剂储存器中的灭火剂在电池组的正常运行期间留在所述灭火剂储存器中。以此方式，保护电池组的电池组电池免受灭火剂。作为灭火剂优选使用3M ®公司的灭火剂“Novec 1230 ®”。灭火剂储存器的一侧面向至少一个电池组电池，例如与所述至少一个电池组电池尤其直接地相邻地布置。由电池组电池发出的热因此可引入到储存器壁中。为了改善热传递，储存器壁尽可能接近电池组电池地布置。根据本发明可以规定，储存器壁直接地或者通过热传导的中间材料来接触电池组电池。
电池组的正常的运行温度表示以下温度范围：电池组电池在运行中可以具有所述温度范围，而不发生电池组的损坏。储存器壁的第一壁温度在电池组的运行中将相应于或者至少基本上相应于所述正常的运行温度。储存器壁构造用于，在第一壁温度的情况下保持结构并且因此确保对灭火剂的可靠的挡住。
电池组电池的极限运行温度表示以下温度：在所述温度的情况下，电池组的运行安全性不再被确保。自所述极限温度起，例如电池组电池可能失控或者爆炸。储存器壁构造用于，在达到第二壁温度的情况下在结构上如此失效，使得不再存在密封性并且灭火剂可能通过储存器壁出来。这例如可以通过在第二壁温度的情况下储存器壁的熔化来进行。所述结构上的失效优选是不可逆的。第二壁温度优选位于180℃以下，尤其在120℃和160℃之间。
根据本发明的用于机动车的电池组相对于常规的电池组具有以下优点：借助简单的装置以及以低成本的方式和方法能够避免电池组电池的失控以及爆炸。当电池组的电池组电池达到极限运行温度时，由于储存器壁的性质而自动地损坏储存器壁，从而对被过度加热的电池组电池快速地冷却或者灭火。附加的传感机构以及执行机构不是必需的。
根据本发明的一种优选的扩展方案，在电池组中可以规定，所述储存器壁具有弹性体。优选地，储存器壁至少部分地由弹性体制成。弹性体具有以下优点：灭火剂储存器能够适配于在电池组内部空间之内的自由空间。以此方式，灭火剂储存器的体积以及因此能够容纳在其中的灭火剂的量能够最大化。弹性体的另一个优点是，通过储存器壁的柔性（Flexibilität）能够改善从电池组电池到储存器壁中的热流（Wärmefluss）。
根据本发明优选的是，所述储存器壁的一部分通过所述电池组壁构成。优选地，所述储存器壁的该部分具有与储存器壁的面向电池组电池的部分不同的性质。这样构造的灭火剂储存器具有以下优点：该灭火剂储存器特别节省空间地构造，并且这样的电池组能够借助简单装置以及以低成本的方式来制造。
进一步优选地，在所述电池组电池和所述灭火剂储存器之间布置阻挡装置（Rückhaltevorrichtung），用于将灭火剂储存器从所述电池组电池挡开（zurückhaltenvon…）。阻挡装置优选具有比储存器壁更高的刚性，从而借助阻挡装置可以对灭火剂储存器提供运动限制。以此方式，例如能够避免通过灭火剂储存器无意地接触电池组电池。此外，以有利的方式以及借助简单的装置能够避免由于外部振动（Erschütterung）而损坏灭火剂储存器。
在本发明的一种特别优选的构型中，在电池组中可以规定，所述阻挡装置构造为带孔金属板（Lochblech）或栅格（Gitter）。这样的阻挡装置具有以下优点：在由于第二壁温度而受损坏的储存器壁的情况下，确保灭火剂到电池组电池的快速的以及可靠的流动。
优选地，所述阻挡装置与所述电池组电池、尤其与所述电池组电池的背离所述阻挡装置的一侧热传导地耦合。为此，阻挡装置优选接触储存器壁和电池组电池。优选地，阻挡装置与电池组电池的多个位置热传导地耦合，从而能够量取（abgreifbar）电池组电池的不同位置的温度。热耦合具有以下优点：在达到电池组的极限运行温度的情况下，灭火剂的释放被改善并且具有小的延迟。此外，借助这样的阻挡装置能够将由电池组电池产生的热有针对性地引导到（heranführbar）储存器壁，从而能够引起储存器壁的预先确定的区域的在结构上的失效。在电池组电池的背离阻挡装置的一侧上的热连接具有以下优点：尤其是在电池组电池至少暂时地在不同区域中具有不同温度的情况下，灭火剂的释放的延迟能够进一步被改善。
根据本发明优选的是，所述阻挡装置被布置在所述电池组电池的上侧上。电池组的上侧在已装入（einbauen）在机动车中的状态中指向上方。这具有以下优点：灭火剂借助重力能够被引导至电池组电池，从而以简单的装置以及以低成本的方式和方法确保对电池组电池的经改善的灭火或冷却。
进一步优选地，所述灭火剂储存器构造为超压容器。被引入到灭火剂储存器中的灭火剂优选地处于超压下。这具有以下优点：灭火剂在储存器壁损坏时特别快速地从灭火剂储存器中出来并且因此特别快速地且有效地对电池组电池灭火或冷却。
优选的是，所述电池组具有用于监测所述灭火剂储存器中的内部压力的压力传感器。进一步优选地，灭火剂储存器中的内部压力取决于灭火剂壁（Löschmittelwandung）的温度，从而由灭火剂的所探测的压力可以推断出灭火剂壁的温度。因此能够以简单的装置表明灭火剂的即将来临的释放以及已进行的释放。
根据本发明的第二方面，所述任务通过一种具有电动机和电池组的机动车来解决。根据本发明，电池组构造为根据本发明的第一方面所述的根据本发明的电池组。
在所描述的机动车的情况下得出如下的全部优点：所述优点已经关于根据本发明的第一方面所述的用于机动车的电池组来被描述。据此，根据本发明的机动车相对于常规的机动车具有以下优点：借助简单的装置以及通过低成本的方式和方法能够避免电池组电池的失控以及爆炸。当电池组的电池组电池达到极限运行温度时，通过储存器壁的性质，自动地损坏储存器壁，从而对被过度加热的电池组电池快速地冷却或者灭火。附加的传感机构以及执行机构不是必需的。尤其在碰撞状况下，根据本发明的机动车因此具有特别大的运行安全性。
附图说明
下面根据附图进一步阐述根据本发明的电池组以及根据本发明的机动车。其中，分别示意性地：
图1以剖面图示出根据本发明的电池组的优选的第一实施方式；
图2以剖面图示出根据本发明的电池组的优选的第二实施方式；和
图3以侧视图示出根据本发明的机动车。
具有相同的功能和作用方式的元件在图1至3中分别配备有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中，示意性地以剖面图描绘根据本发明的电池组1的优选的第一实施方式。电池组1具有电池组壁4，所述电池组壁包围电池组内部空间3并且向外部屏蔽（abschirmen）。在电池组内部空间3中，在该示例中，两个电池组电池7、尤其是基于Li离子的电池组电池并排地布置。电池组电池7分别具有两个电极14，所述两个电极朝电池组1的上侧11定向（ausrichten）。在电池组1的上侧11的区域中，灭火剂储存器5布置在电池组内部空间3内。灭火剂储存器5的储存器壁8接触电池组壁4和电池组电池7以及电极14，其中所述储存器壁尤其具有弹性体。在灭火剂储存器5内布置灭火剂6，所述灭火剂优选地处于超压（Überdruck）下。为了确定灭火剂储存器5内的压力，电池组1具有压力传感器12，所述压力传感器布置在灭火剂储存器5内。储存器壁8如此构造，用于经受住电池组电池7的正常的运行温度并且在达到或超出至少一个电池组电池7的极限运行温度的情况下断裂（nachgeben）并且释放灭火剂6，用于对电池组电池7灭火或冷却。
图2示意性地以剖面图示出根据本发明的电池组1的优选的第二实施方式。电池组1具有电池组壁4，所述电池组壁包围电池组内部空间3并且向外部屏蔽。在电池组内部空间3中，在该示例中，两个电池组电池7、尤其是基于Li离子的电池组电池并排地布置。电池组电池7分别具有两个电极14，所述两个电极朝电池组1的上侧11定向。在电池组1的上侧11的区域中，灭火剂储存器5布置在电池组内部空间3内。为了挡住灭火剂储存器5，电池组1具有构造为带孔金属板10的阻挡装置9。阻挡装置9优选具有特别好的热传导性，诸如铜。此外，阻挡装置9通过可选的热导体15与电池组电池7的下侧16热耦合。通过电池组电池7对阻挡装置9的加热因此可以通过热导体15以及直接通过热辐射进行。根据本发明也可以规定，阻挡装置9直接地或者通过另外的未示出的热导体15接触电池组电池7的上侧11。灭火剂储存器5的储存器壁8接触电池组壁4和阻挡装置9，其中所述储存器壁尤其具有弹性体。在灭火剂储存器5内布置灭火剂6，所述灭火剂优选地处于超压下。储存器壁8如此构造，用于经受住电池组电池7的正常的运行温度并且在达到或超出至少一个电池组电池7的极限运行温度的情况下断裂并且释放灭火剂6用于对电池组电池7灭火或冷却。通过在带孔金属板10中构造的孔有利于灭火剂6从灭火剂储存器5通过（durchleiten）到电池组电池7。
在图3中示意性地以侧视图示出根据本发明的机动车2。机动车2具有电动机13以及根据本发明的电池组1，所述电动机和所述电池组在该示图中分别通过虚线标明。
附图标记列表
1 电池组
2 机动车
3 电池组内部空间
4 电池组壁
5 灭火剂储存器
6 灭火剂
7 电池组电池
8 储存器壁
9 阻挡装置
10 带孔金属板
11 上侧
12 压力传感器
13 电动机
14 电极
15 热导体
16 下侧。

Claims (5)

1.一种用于机动车（2）的电池组（1），所述电池组具有：包围电池组内部空间（3）的电池组壁（4）；布置在所述电池组内部空间（3）中的灭火剂储存器（5），其中在所述灭火剂储存器中容纳灭火剂（6）；和在所述电池组内部空间（3）中与所述灭火剂（6）分离地布置的至少一个电池组电池（7），所述电池组电池具有电极（14），其中，所述灭火剂储存器（5）具有用于挡住所述灭火剂（6）的储存器壁（8），并且其中，所述电池组（1）如此构造，使得所述储存器壁（8）在所述电池组电池（7）的正常的运行温度的情况下具有第一壁温度并且在所述电池组电池（7）的极限运行温度的情况下具有第二壁温度，
其特征在于，所述储存器壁（8）被构造用于，在所述第一壁温度的情况下保持用于挡住所述灭火剂（6）的密封性并且在所述第二壁温度的情况下通过热而受损坏，其中，所述第二壁温度高于所述第一壁温度，并且其中，借助所述电池组（1）的所述电池组电池（7）能够使所述储存器壁（8）达到所述第二壁温度，其中所述储存器壁（8）具有弹性体，以及其中所述储存器壁（8）与电池组壁（4）、所述电池组电池（7）和所述电极（14）接触，
其中所述储存器壁（8）包围所述电极（14），所述电极从所述电池组电池（7）的上侧伸出。
2.根据权利要求1所述的电池组（1），其特征在于，所述储存器壁（8）的一部分通过所述电池组壁（4）构成。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的电池组（1），其特征在于，所述灭火剂储存器（5）构造为超压容器。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的电池组（1），其特征在于，所述电池组（1）具有用于监测所述灭火剂储存器（5）中的内部压力的压力传感器（12）。
5.一种机动车（2），所述机动车具有电动机（13）和电池组（1），其特征在于，所述电池组（1）构造为根据权利要求1至4中任一项所述的电池组（1）。
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