CN113261150A - 用于机动车的电池壳 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池壳(1)，所述电池壳用于将电池模块(20)容纳在其壳内腔中以构成用于机动车的牵引电池，所述电池壳包括用于对壳内腔部分地限界的壳部段(10)，其中壳部段(10)具有集成在其中的废气通道(11)，所述废气通道用于将在电池模块(20)损坏时从所述电池模块(20)中排出的介质导出到环境中。

Description

用于机动车的电池壳
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的电池壳，所述电池壳用于构成用于机动车的牵引电池，其中电池壳构成有壳内腔，在所述壳内腔中可以容纳至少一个电池模块。
背景技术
用于电动和混合动力车辆的具有燃料电池的电池系统是当前的研发主题。电池系统的功率相关的参数，例如使用寿命和容量，明显与应用环境相关。在提供和输出电功率时以及在充电时，在电池中进行的电化学过程例如与环境温度相关。
因此，对于电池系统的可靠运行重要的是，明确定义的环境的设立和维持。此外，各个电池模块必须被保护和接线。出于这些原因和其他原因，设有电池壳，所述电池壳设计用于容纳电池模块和用于保护电池模块免受外部影响。
同时，电池壳用作为在损坏例如热击穿(英文“thermal runaway”)的情况下的安全装置，所述热击穿会造成介质如热气体、燃烧产物和电池单池组成部分从电池单池中爆炸式排出。在此致力于将这些介质受控地从电池壳中运出，以便保持电池系统的损坏尽可能小。
当前的电池模块尽可能扩散地且非引导地除气到电池壳中。从壳到环境中的减压借助于紧急通风系统，也称作为“通风系统”实现。出于成本原因仅提供少量紧急通风系统。
DE 10 2014 207 403 A1描述了一种具有多个电化学单池和除气收集器的电池单元。除气收集器具有除气通道和冷却通道。除气收集器还具有开口，从电化学单池中泄漏的、通过安全阀的流体可以经由开口进入除气通道中并且被导出。在US 2012/0129024 A1中描述了一种类似的通风系统。
在热击穿的情况下排出的介质具有类似于焊炬的高的能量含量，使得即使在已安装通风系统的情况下也可能使电池壳实质损坏。在此，尤其可以涉及在电池壳中的与控制相关的装置。介质在壳中必须经过的路径会造成不受控的压力损失和/或阻塞。因此针对紧急情况保证均匀的、受控的通风性能并非是简单的，尤其当相对远离通风系统的电池模块受到损坏时如此。
发明内容
本发明的目的是，改善电池系统的安全性。
所述目的通过具有权利要求1的特征的电池壳实现。有利的改进方案由从属权利要求、对本发明的下述描述以及优选的实施例和附图的说明得出。
相应地，提出一种电池壳，所述电池壳用于将电池模块容纳在其壳内腔中以构成用于机动车的牵引电池，所述电池壳包括用于对壳内腔部分地限界的壳部段。根据本发明，壳部段具有集成在所述壳部段中的废气通道，用于将在电池模块损坏时从所述电池模块中排出的介质导出到环境。
在此将表述“介质”主要理解为热气、燃烧产物和电池单池组成部分，其例如可以在电池模块的电池单池热击穿时产生和/或被释放。例如，在热击穿的情况下热气在一定程度上爆炸式地从相关的电池单池中排出。热气流由此也可以包含液体和固体，例如由于爆炸引起的颗粒或碎片。表述“介质”和“废气”被同义地使用。
通过将废气通道集成到壳部段中可以与相关的电池模块及其在壳内腔中的位置无关地保证在损坏情况下受控的废气导出。在壳内腔中的运输路径变得最小，因为大部分的废气路径在集成在壳部段中的废气通道中，即在壳壁之内实现。
由此提高了电池壳的功能安全性，因为可能的压力损失和/或阻塞变得最小并且废气引导回避从而保护在壳内腔中的功能上必需的装置和安全构件。此外，能将从电池模块中排出的能量密集的介质从其他电池模块有针对性地导走，由此避免相邻的电池模块的可能的点燃或至少使其变慢。
此外，废气通道可以简单地、节省结构空间地且低成本地集成在壳部段中。废气通道集成到壳部段中还提供附加的安全性，因为废气通道被特别地保护，使得所述废气通道例如几乎不会由于电池模块的电池单池的爆裂而损坏。要指出的是，上述技术效果和优点同样在多个集成的废气通道的情况下实现。
电池壳可以由塑料、金属和其他材料或不同材料的组合制成并且用于保护容纳在壳内腔中的电池模块免受外部影响。电池壳优选设计用于使用在电动或混合动力汽车或具有燃料电池的车辆中。
优选地，壳内腔在正常运行中相对于环境密封，使得基本上不发生与环境的气体和/或液体交换，其中优选地设有强制通风装置，借助于所述强制通风装置可以发生在壳内腔和环境之间的压力平衡。
壳用于保护容纳在其中的电池模块和装置，例如控制装置和接线装置，免受外部影响并且用于设立和维持电池模块的运行有利的气氛。出于该原因，壳在正常状态中将内腔优选完全地，例如严密地密封。仅通过强制通风装置可以提供压力平衡。强制通风装置在此优选设计为，使得仅可实现具有低的体积流的气体交换，以至于没有污物或水进入壳内腔中。
优选地，废气通道具有内开口，废气通道经由内开口与壳内腔连通。由此可以实现，在电池单池热击穿的情况下在此从电池单池中排出的介质经由废气通道从电池壳的壳内腔导出到环境中。以这种方式能可靠地且以结构上简单并紧凑的方式实现电池壳的密封和安全功能。
在此优选在壳内腔中容纳有电池模块，所述电池模块具有模块内部的废气通道，所述模块内部的废气通道与内开口连通，其中模块内部的废气通道优选直接连接于内开口。通过将模块内部的废气路径直接连接于内开口可以进一步缩短在壳内腔中的废气路径。介质由此尽可能快地进入集成在壳部段中的废气通道中。由此进一步提高了电池壳的功能安全性，因为可能的压力损失和/或阻塞变得最小并且废气引导最优地规避从而保护在壳内腔中的功能上必需的装置和安全构件。
在一个优选的设计方案中，在壳内腔中容纳有多个电池模块，所述电池模块分别具有至少一个模块内部的废气通道，并且集成的废气通道具有多个内开口，其中每个模块内部的废气通道分别与内开口连通，其中优选每个模块内部的废气通道直接连接于相应的内开口。由此，每个电池模块存在至少一个至废气通道的直接的入口，由此在损坏情况下废气可以特别快地并且直接排放到外部环境中，而不需要经由壳内部的绕路。为了将多个电池模块连接于废气通道，废气通道优选包括至少一个部段，所述部段在壳部段的平面中伸展，即平行于壳部段的外表面和内表面伸展。
优选地，废气通道经由安全阀与壳内腔连通，其中安全阀设计用于，在正常运行中封闭废气通道并且在电池模块损坏的情况下介质排出时打开废气通道。安全阀优选设置在废气通道中，然而例如也可以设置在模块内部的废气通道中或设计为单独的构件。以这种方式能可靠地实现电池壳的上文所描述的密封和安全功能。尤其，电池壳可以通过提供安全阀在正常运行中继续保持严密地密封。
要指出的是，其中所描述的特征、技术效果和优点同样适用于多个废气通道、电池模块、安全阀等的情况下，即使为了语言上的简单性大多数情况下选择单数。
优选地，当在壳内腔和外部环境之间的压差超过阈值时，安全阀打开废气通道。安全阀的触发情况在此情况下以简单且可靠的方式经由压差确定。
安全阀的一个特别紧凑的、运行和安装安全的构成方案可以通过如下方式实现，即安全阀设置在内开口上并且优选集成到壳部段中。
在此，安全阀具有保险片或构成为这种保险片，所述保险片在打开情况下破碎。能够以这种方式结构上特别简单且同时可靠地实现上面描述的、通过压差确定的安全性能。
特别优选地，保险片在此通过在废气通道的区域中壳部段的壁部的局部打薄构成。这种壁厚的减少可以简单的方式制造，例如通过铣出。保险片的其余壁厚在此选择为，使得在电池单池热击穿的情况下冲击到其上的热介质或通过所述热介质产生的压力能使保险片破碎从而开启至废气通道的路径。保险片通过减少壁厚实现，从而能将安全阀的位置和特性此外灵活地匹配于电池壳的改变的几何形状或配置并且同时是运行和安装安全的。
优选地，壳部段具有挤压型材或通过挤压制造。也就是说，壳部段通过挤压可制造或被制造。以这种方式能将废气通道以结构上和制造方面简单的方式集成到壳部段中。
优选地，壳部段构成电池壳的底部或其一部分。壳壁部在其中形成外部构造或外壳，所述外壳限界和限定壳内腔。换句话说，壳部段优选不是位于壳内腔的装置，由此优化在损坏情况下电池壳的功能安全性。
优选地，壳部段是壳的底部或底部的一部分，因为所述底部通常用于连接电池模块。根据该特别优选的实施方式优化了上文所描述的涉及缩短在壳内腔中的废气路径的技术效果。
优选地，壳部段一件式地构成并且废气通道嵌入其中，由此废气通道被特别保护并且优化在损坏情况下电池壳的功能安全性。
优选地，电池模块具有多个柱形的电池单池，所述电池单池机械地保持在一起。为了该目的，电池模块优选具有一个或多个单池座，在所述单池座中至少部分地容纳电池单池，由此电池单池保持在预设的位置和预设的方位中。
在电池单池损坏的情况下，所述情况导致热击穿，介质经由模块内部的废气通道传导至集成的废气通道并且可靠地且受控地向外排出。
本发明的其他优点和特征从下面对优选的实施例的说明中可见。在那描述的特征可以单独地或以与一个或多个上文描述的特征组合的方式实现，只要这些特征不相互矛盾。下面对优选实施例的说明在此参照附图。
附图说明
通过对附图的下述说明详细阐述本发明的优选的其他实施方式。在此示出：
图1以立体且部分透明的方式示出电池壳的局部，所述电池壳具有壳底部，所述壳底部具有集成的废气通道和安装在其上的电池模块；
图2示出在根据图1的电池模块损坏情况下废气所具有的流动路径；
图3以立体方式示出根据图1的具有集成的废气通道的壳底部的局部，然而没有电池模块，由此至废气通道的安全阀是可见的；以及
图4以立体和剖面的方式示出模块内部的废气通道在集成的废气通道上的定位和连接。
具体实施方式
下面根据附图描述优选的实施例。在此，相同的、类似的或起相同作用的元件在不同附图中设有相同的附图标记，并且部分地放弃对这些元件的重复说明，以便避免冗余。
图1示出电池壳1的局部。
电池壳1具有壳部段10，所述壳部段在本实施例中是壳底部。壳部段10构成电池壳1的壳壁部的至少一部分。换句话说，壳壁部构成电池壳1的外部构造或者说外壳，即壳部段10不是位于电池壳1的内部的装置。
壳壁部限界和限定壳内腔，在所述壳内腔中最终容纳电池模块和其他装置，借助于所述电池模块和其他装置构成电池系统，以构成用于机动车的牵引电池。
在壳部段10中集成有废气通道11。
壳部段10优选通过挤压制造，从而废气通道11在结构和制造方面能简单地集成到壳部段10中。壳部段10因此优选具有挤压型材，由挤压型材可以构成呈壳底部形式的壳部段10。壳部段10例如由金属，例如铝制成。
壳部段10，例如电池壳1的壳底部，可以由多个挤压型材构成，所述多个挤压型材彼此并排地设置，并且然后彼此连接。那么，在一个或多个这种挤压型材中可以设有在此描述的废气通道11，以便实现在热击穿电池单池时受控地导出介质。
如果多个挤压型材为了构成壳部段10，例如为了构成电池壳1的壳底部，彼此并排地设置，那么也可以彼此并排地且基本上彼此平行地设有多个废气通道11。
然而，电池壳1，尤其壳部段10，也能够以其他方式，例如通过压铸，和/或由其他材料制成。
废气通道11具有至少一个内开口12，所述内开口的方位、形状和特性从图3和4中得知。内开口12将废气通道11与壳内腔连接，更准确地说，与在壳内腔中设有的电池模块20连接，这在下文中详细说明。废气通道11还具有一个或多个外开口(在图中未示出)，经由所述一个或多个外开口将在损坏情况下排出的介质向外排放。以这种方式在紧急情况下壳内部经由废气通道11与外部环境连通，使得介质可以尽可能地排放至环境并且不留在电池壳1的内腔中。
优选地，废气通道11包括至少一个部段，所述部段在壳部段10的平面中伸展，即平行于壳部段10的外表面和内表面伸展。以这种方式能将多个电池模块20连接于废气通道11。此外，具有集成的或嵌入的废气通道11的壳部段10以这种方式特别简单地作为挤压型材制成。
在通过挤压型材制造壳部段10时，废气通道11典型地处于挤压方向从而沿着整个挤压型材平行于构成电池壳1的或壳部段10的外表面和内表面的面延伸。
电池壳1从而壳内腔为了正常运行基本上相对于环境密封，使得容纳在电池壳1中的部件，尤其电池模块20，相对于环境及其影响被屏蔽。
优选地，电池壳1具有强制通风装置，借助于所述强制通风装置可以实现电池壳1内部和环境之间的压力平衡，以便避免在电池壳1中形成过压或负压。强制通风装置的尺寸在此非常小并且在热击穿电池单池时不能够用于将介质排放至环境。
为了在正常运行中保证壳提供对电池模块20和可能的其他装置相对于外部影响的保护，在废气通道11中，优选在内开口12的区域中，设有安全阀13。
当在壳内腔和与外部环境连接的废气通道11之间产生过高的压差时，安全阀13打开或者说释放。这样，当压差超过例如大约为1bar的阈值时，安全阀13打开。
安全阀13优选通过所谓的保险片14实现，所述保险片在触发情况下破碎。根据一个特别优选的、结构上简单的并且仍可靠的实施例中，保险片14通过在废气通道11的区域中铣出或以其他方式打薄壳部段10的壁部来制造。
废气通道11的尺寸确定为，使得所述废气通道可实现如下体积流，该体积流可实现在破损情况下将介质导出，而不会造成在电池壳1的内部中的过量的压力升高。
这特别清楚地从图4的剖视图中得知。保险片14的剩余壁厚在此选择为，使得在热传播的情况下在其上产生的热气使保险片14破碎从而开启至废气通道11的路径。
电池壳1还具有至少一个，优选多个电池模块20，所述电池模块位于电池壳1的内部。在图1和2中示例地部分透明地示出电池模块20，以便由箭头示意地示出介质的流动路径以及到废气通道11上的连接。
典型地，多个柱形的电池单池组合成电池模块20。为了该目的，电池模块20具有一个或多个单池座，电池单池至少部分地容纳在所述单池座中，由此电池单池在预设的位置和在预设的方位中机械地保持在一起。电池单池、单池座和其接触部为了概览性而没有在附图中示出。
电池模块20具有模块内部的废气通道21，所述模块内部的废气通道在电池单池损坏的情况下将从电池单池中排出的介质传导至废气通道11。为了该目的，模块内部的废气通道21与内开口12连通。模块内部的废气通道21到废气通道11的连接特别清楚地从图4中得出。
电池单池优选具有预断裂部位，由此尽可能限定介质的排出位置。模块内部的废气通道21的方位和形状可以相应地确定，由此降低或禁止不受控制的、扩散的除气。
要指出的是，安全阀13虽然出于制造原因优选是壳部段10的组成部分，然而替选地也可以设置在模块内部的废气通道21中。
优选地，每个电池模块20单独地经由自身的模块内部的废气通道21和相关的安全阀13连接于废气通道11，即使在附图中为了概览性仅示出电池模块20和废气通道11。
通过借助于废气通道11实施在壳部段10中，优选在壳底部中的上文描述的废气引导，可以与相关的电池模块20及其在壳中的位置无关地保证在损坏情况下受控的废气导出。
在电池壳1的内部中的用于介质的运输路径变得最小。由此提高电池壳1的功能安全性，因为废气引导保护壳内腔中的功能必需的装置和安全构件并且实现短的废气路径。可能的压力损失和/或阻塞由此变得最小，从而将废气受控地排放到外部环境中。
此外，一个废气通道11或多个废气通道11简单地、节省结构空间地且低成本地集成在壳中。废气通道11在壳壁部中的嵌入还提供附加的安全性，因为废气通道11被保护并且几乎不会由于电池单池在电池模块20内部爆裂而损坏。
每个电池模块20优选存在至少一个至废气通道11的直接的入口，由此在损坏情况下可以特别快速地将废气排放到外部环境中，而没有经过壳内部的弯路。
一个安全阀13或多个安全阀13可能实现为保险片14，优选实现为壁部在废气通道11的区域中的铣出部或逐渐变细部。由此能将安全阀13以简单且灵活的方式匹配于电池壳1的改变的几何形状或配置。
只要可应用，所有在实施例中示出的单个特征可以彼此组合和/或被替换，而不脱离本发明的范围。
附图标记列表
1 电池壳
10 壳部段
11 废气通道
12 内开口
13 安全阀
14 保险片
20 电池模块
21 模块内部的废气通道

Claims (14)

1.一种电池壳(1)，所述电池壳用于将电池模块(20)容纳在其壳内腔中以构成用于机动车的牵引电池，所述电池壳包括用于对所述壳内腔部分地限界的壳部段(10)，
其特征在于，
所述壳部段(10)具有集成到所述壳部段中的废气通道(11)，所述废气通道用于将在电池模块(20)损坏时从所述电池模块中排出的介质导出到环境中。
2.根据权利要求1所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述壳内腔在正常运行中相对于环境密封，使得基本上不发生与所述环境的气体和/或液体交换，其中优选设有强制通风装置，借助于所述强制通风装置能够发生所述壳内腔和所述环境之间的压力平衡。
3.根据权利要求1或2所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述废气通道(11)具有内开口(12)，所述废气通道(11)经由所述内开口与所述壳内腔连通。
4.根据权利要求3所述的电池壳(1)，其特征在于，
在所述壳内腔中容纳有电池模块(20)，所述电池模块具有模块内部的废气通道(21)，所述模块内部的废气通道与所述内开口(12)连通，其中所述模块内部的废气通道(21)优选直接连接于所述内开口(12)。
5.根据权利要求4所述的电池壳(1)，其特征在于，
在所述壳内腔中容纳有多个电池模块(20)，所述电池模块分别具有至少一个模块内部的废气通道(21)，并且集成的废气通道(11)具有多个内开口(12)，其中每个模块内部的废气通道(21)分别与内开口(12)连通，其中优选每个模块内部的废气通道(21)直接连接于相应的内开口(12)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述废气通道(11)经由安全阀(13)与所述壳内腔连通，其中所述安全阀(13)设计用于，在正常运行中封闭所述废气通道(11)并且在电池模块(20)损坏的情况下介质排出时打开所述废气通道(11)。
7.根据权利要求3至5和权利要求6中任一项所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述安全阀(13)设置在所述内开口(12)处并且优选集成到壳部段(10)中。
8.根据权利要求6或7所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述安全阀(13)设计用于，当所述壳内腔和外部环境之间的压差的数值超过阈值时，打开所述废气通道(11)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述安全阀(13)具有保险片(14)，所述保险片在打开情况下破碎，或者所述安全阀由这种保险片形成。
10.根据权利要求9所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述保险片(14)通过在所述废气通道(11)的区域中所述壳部段(10)的壁部的局部打薄构成。
11.根据上述权利要求中任一项所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述壳部段(10)具有挤压型材并且优选通过挤压制造。
12.根据上述权利要求中任一项所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述壳部段(10)至少部分地构成所述电池壳(1)的底部。
13.根据上述权利要求中任一项所述的电池壳(1)，其特征在于，
所述壳部段(10)一件式地构成并且所述排出通道(11)嵌入所述壳部段中。
14.一种用于构成用于机动车的牵引电池的电池系统，其特征在于，
设有根据上述权利要求中任一项所述的电池壳(1)，在所述电池壳的内腔中容纳有电池模块(20)，所述电池模块优选具有多个柱形的电池单池，所述电池单池机械地保持在一起。
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