CN113725551B - 电池系统和包括该电池系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池系统，该电池系统包括多个电池单体和电池壳体,其中，电池壳体包括：腔室，布置在电池壳体的底盖和顶盖之间，其中，腔室容纳所述多个电池单体；以及至少一个侧壁构件，连接底盖与顶盖，其中，所述至少一个侧壁构件沿着腔室的外边界延伸，并且包括在侧壁构件内部的通道和将腔室与通道连接的孔，其中，孔布置在通道的上半部分中，使得通道的至少下半部分适于收集固体物质；其中，电池系统被适配为使得在热失控的情况下，从至少一个电池单体排出的排出气体沿着从腔室引出的至少一个排气路径被引导，穿过所述至少一个侧壁构件内的至少一个孔和通道到达电池系统的环境。

Description

电池系统和包括该电池系统的车辆

技术领域

本发明涉及一种被构造为用于在热失控的情况下将固体物质与排出气体分离的电池系统。此外，本发明涉及一种包括该电池系统的车辆。

背景技术

近年来，已经开发了使用电力作为运动能源的用于运输货物和人员的车辆。这种电动车辆是使用存储在可再充电电池中的能量由电动机驱动的汽车。电动车辆可以仅由电池供电，或者可以是由例如汽油发电机供电的混合动力电动车辆(混合动力车辆)的形式。此外，车辆可以包括电动机和常规内燃机的组合。通常，电动车辆电池(EVB)或牵引电池是用于为电池电动车辆(BEV)的驱动供电的电池。因为电动车辆电池被设计成在持续的时间段内提供电力，所以电动车辆电池不同于起动、照明和点火电池。可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于可再充电电池或二次电池可以重复充电和放电，而一次电池仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池用作小型电子装置(诸如蜂窝电话、笔记本电脑和摄像机)的电源，而高容量可再充电电池用作混合动力电动车辆等的电源。

通常，可再充电电池包括电极组件、容纳电极组件的壳体以及电连接到电极组件的电极端子，所述电极组件包括正电极、负电极以及置于正电极与负电极之间的隔膜。在壳体中提供电解质溶液，以使电池能够经由正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应进行充电和放电。壳体的形状(例如，圆柱形或矩形)取决于电池的预期用途。具有矩形壳体的电池单体也称为棱柱形电池单体。锂离子(和类似的锂聚合物)电池通过其在膝上型计算机和消费电子产品中的使用而广为人知，在最新的电动车辆开发中占主导地位。

通过串联和/或并联连接电池单体的电极端子以提供期望的电压，电池模块可以由多个单元电池单体形成。

电池(也称为电池组)是一组任何数量的(优选相同的)电池模块或电池单体。它们可以串联连接、并联连接或者串联和并联两者混合连接，以传输期望的电压。

这种电池的机械集成需要各个组件(例如，电池模块或电池单体行)之间的适当的机械连接以及车辆的支撑结构。电池模块或电池单体行可以被单体保持器(紧固侧板)限定到承载框架的(横向)侧壁构件。此外，顶盖和底盖(壳体盖板)可以被固定到电池模块或电池单体行上方和下方。

电池的承载框架被安装到车辆的承载结构。在电池将被固定在车辆的底部的情况下，可以通过例如穿过电池的承载框架的螺栓从底侧建立机械连接。框架通常由铝或铝合金制成，以降低结构的总重量。

不管任何模块化结构，根据现有技术的电池系统通常包括电池壳体，电池壳体用作外壳以密封电池系统而免受环境影响，并且对电池系统的组件提供结构保护。内置电池系统通常作为一个整体安装在其应用环境(例如，电动车辆)中。

为了对电池壳体内的封闭的电池单体提供热控制，可以使用热管理系统来有效地散发、排放和/或消散在电池壳体内产生的热量。在电池单体的某些条件下，内部温度的增加可能导致电池单体中发生异常反应。这样异常操作条件的示例是电池单体中的一种热失控，这可能由于强烈过热或过度充电的电池单体所引起。热失控是一种电池单体内部的自加速化学反应，这会产生大量的热和排出气体，直到全部可用材料被消耗完为止。废料(排出产物)可能包含热且有毒的排出气体以及像石墨粉末和金属碎片一样的导电性固体物质(材料)。

热失控会引起热量沿着电池模块或电池的电池单体传播，这最终可能会引起火灾。

电池的最新的排气概念是使处于热失控状态下的电池单体的热排出气体扩散到电池壳体中，并且通过壳体排气阀逸出到外部(电池壳体的环境)。

由于除了石墨之外，热排出气体还可能包括电池单体的金属部件，所以在一个电池单体中的热失控可能造成短路，从而造成其它的电池单体的连续的热失控而导致电池(电池组)、电池系统和车辆完全损坏。

因为所有的电池单体或电池模块都在同一电池壳体内，所以由石墨和金属部件造成的污染会影响电池的大部分电池单体或电池模块，并且导致短路。根据电池单体在热失控下相对于壳体排气阀的位置，可能会产生不同的气流并造成电池的不同部分受到影响。

因此，本发明的目的是克服或减少现有技术的至少一些缺点，并提供改进的热失控处理。

发明内容

本公开的实施例至少在某种程度上试图解决现有技术中存在的至少一个问题。具体地，提供了包括电池壳体和多个电池单体的用于车辆的电池系统。

电池壳体包括布置在电池壳体的底盖和顶盖之间的腔室，其中，腔室容纳多个电池单体。因此，腔室的顶部可以被构成上壳体盖的顶盖密封，同时腔室的底部可以被构成下壳体盖的底盖密封。

电池壳体还包括连接底盖和顶盖的至少一个侧壁构件，其中，所述至少一个侧壁构件沿着腔室的外边界延伸。换言之，腔室的布置在底盖与顶盖之间的至少一侧被所述至少一个侧壁构件封闭。所述至少一个侧壁构件优选地包括侧壁轮廓，具体地，侧壁构件包括不仅封闭底盖与顶盖之间的区域而且向壳体提供结构刚度的侧壁框架轮廓。

所述至少一个侧壁构件包括在侧壁构件内部的通道以及连接腔室和通道的孔，其中，孔布置在通道的(与顶盖相邻的)上半部分中，使得通道的至少(与底盖相邻的)下半部分适于收集固体物质。换言之，通道的至少下半部分适于作为收集通道，优选地作为收集托盘。将腔室与侧壁构件内部的通道连接的孔可以被称为穿过侧壁构件的内壁的穿孔，其中，不管孔如何，内壁都会将腔室与通道分离。孔布置在通道的上半部分中，这表示孔没有延伸到通道的上半部分下方。因此，通道的至少下半部分通过所述至少一个侧壁构件的封闭的内壁而与腔室分离。优选地，孔布置在通道的顶部三分之一中，具体地，布置在通道的顶部四分之一中，这表示孔没有延伸到通道的顶部三分之一或顶部四分之一下方。因此，优选地，通道的至少底部三分之二，具体地，通道的至少底部四分之三适于收集固体物质。因此，通道的至少底部三分之二，具体地，通道的至少底部四分之三通过所述至少一个侧壁构件的封闭的内壁而与腔室分离。优选地，孔仅布置在(换言之，限定在)通道的上半部分(三分之一或四分之一)中。因此，通道的至少下半部分(三分之二或四分之三)与腔室分离，从而实现收集通道。因为通道还用作使流出孔的排出气体减慢的扩散腔室，所以排出气体有助于在通道内收集固体物质。

术语“上半部分”、“顶部三分之一”、“顶部四分之一”、“下半部分”、“底部三分之二”或者“底部四分之三”命名通道的多个部分。通道的上半部分和下半部分一起、顶部三分之一和底部三分之二一起、以及/或者顶部四分之一和底部四分之三一起形成一个(单个)通道。因此，气体和/或固体物质可以在通道的顶部部分和底部部分之间移动。因此，使得排出气体经由通道的上半部分、顶部三分之一或顶部四分之一进入通道，并且固体物质沉积到通道内部下半部分、底部三分之二或底部四分之三的底部。

电池系统被适配成使得在热失控的情况下，从至少一个电池单体排出的排出气体沿着从腔室引出的至少一个排气路径被引导，穿过所述至少一个侧壁构件内的至少一个孔和通道到达电池系统的环境。换言之，电池系统包括从腔室通向电池系统的环境的至少一个排气路径，并且被适配成将从至少一个电池单体排出的排出气体穿过至少一个孔和所述至少一个侧壁构件引导到电池系统之外。排气路径可以包括在通道下游的导管或增压室。如上所述，孔布置在通道的上半部分中使得通道的下半部分适于收集固体物质。在热失控的情况下，排出气体通常会携带固体物质。沿着所述至少一个排气路径由排出气体所携带的大部分固体物质在穿过孔之后沉积在所述至少一个侧壁构件内的通道的下半部分中。没有或至少具有较少固体物质的排出气体被进一步引导到通道之外和电池系统之外。由于固体物质可能包括石墨颗粒(灰尘)和/或金属碎片，所以由于本发明而大大降低了电池系统内或推进系统在电池系统的环境内的短路的危险。

优选地，通道的高度为底盖与顶盖之间的腔室的高度的至少70％，更优选地为至少80％，特别优选为至少90％。特别优选地，通道包括与腔室一样的高度。通道的高度是通道的下半部分的高度与上半部分的高度的总和、底部三分之二的高度与顶部三分之一的高度的总和或者底部四分之三的高度与顶部四分之一的高度的总和。可以垂直于底盖和/或顶盖来测量通道和腔室的高度。通道越高，固体物质在通道的底部能够更好地分离，这是因为如果通道越高，通道的底部的速度越小。

除了孔之外，优选地，腔室是密闭(气密)的腔室，以保护电池单体不受环境影响。因此，孔可以仅提供腔室与腔室和/或电池系统的环境之间的流体连接。

腔室的顶部和通道的顶部指向同一方向。此外，腔室的底部和通道的底部指向同一方向。

根据发明的优选的实施例，所述至少一个侧壁构件包括至少一个气体引导装置，优选地，所述至少一个气体引导装置布置在所述至少一个侧壁构件的通道内部，其中，所述至少一个气体引导装置被适配成使得穿过至少一个孔离开腔室的排出气体沿着所述至少一个排气路径偏转到通道的纵向方向上。换言之，所述至少一个气体引导装置将穿过孔离开腔室的排出气体引导到所述至少一个排气路径的下游方向上。由此，排出气体以及伴随其的固体物质以涡流的方式被阻挡，从而防止在通道和所述至少一个排气路径上游固体物质重新进入腔室。然而，通道内的气体引导装置诱导从气体引导装置上游穿过通道流进的排出气体产生涡流，从而促进了固体物质在通道内的分离。由于涡流，固体物质被推向侧壁轮廓，在该处固体物质慢下来并沉入通道的底部。

根据发明的另一优选实施例，所述至少一个气体引导装置部分地覆盖所述至少一个孔，并且从所述至少一个孔的上游边缘延伸到通道中。换言之，所述至少一个气体引导装置覆盖对应的孔的上游边缘，并且从侧壁构件的内壁以一定角度突出，这使得腔室与通道分离。由于该优选实施例，所以该孔被所述至少一个气体引导装置遮盖，以防止包括从通道上游沿着所述至少一个排气路径到来的排出气体和固体物质的排出产物。换言之，沿着通道流动的排出产物被所述至少一个气体引导装置阻碍以防止经由布置在通道下游的孔重新进入腔室。

术语“下游”和“上游”是指排气路径的在腔室中开始并在电池系统的环境中结束的流向。

优选地，所述至少一个气体引导装置包括鳍。鳍也可以被称为叶片，优选地被称为导向叶片。由此，所述至少一个气体引导装置可以以一种简单且成本有效的方式来实现。

进一步优选地，所述至少一个气体引导装置与所述至少一个侧壁构件一体地形成。例如，气体引导装置可以从所述至少一个侧壁构件(具体地，所述至少一个侧壁构件的内壁)部分地被冲压出来，并且被弯曲到通道中。由此，进一步减少了生产的成本。

根据发明的优选的实施例，在电池单体与顶盖之间设置有中空空间。在热失控的情况下，排出产物穿过中空空间流向所述至少一个侧壁构件的孔。

优选地，多个电池单体中的每个电池单体的排气开口指向顶盖。换言之，优选地，顶盖是电池壳体的盖，多个电池单体中的每个电池单体的排气开口指向该顶盖。由此，在热失控事件的情况下，排出产物从对应的电池单体以直接的方式排出孔，并且优选地直接排到电池单体与顶盖之间的中空空间中。此外，电池系统内的向上方向可以被定义为多个电池单体的排气开口指向的方向。每个排气开口可以包括在电池单体内部在预定压力下破裂的膜。可选地或另外地，电池系统内的向上方向可以被定义为多个电池单体的(电极)端子指向的方向。

根据发明的优选实施例，腔室包括至少两个子腔室。优选地，所述至少两个子腔室是隔热的并且/或者气密分离的。更优选地，电池壳体包括至少一个分隔壁，其中，所述至少一个分隔壁从所述至少一个侧壁构件延伸穿过腔室，使得腔室被分成至少两个子腔室。所述至少一个分隔壁在所述至少两个子腔室之间提供隔热和/或气密屏障。由于分隔壁将腔室分成至少两个子腔室，因此阻止了一个子腔室内的热失控传播到另一个子腔室中。可以看出，该优选实施例的另一个优点在于将排出产物容纳在对应的子腔室内。由此，电池单体与顶盖之间的分离的中空空间实现了管道，排出产物穿过该管道穿过孔被引导到所述至少一个侧壁构件的通道。因此，阻止排出气体和导电固体物质到达相邻的子腔室，从而防止相邻的子腔室内的电池单体短路。

优选地，所述至少一个侧壁构件由两个侧壁构件组成，所述两个侧壁构件优选地沿着腔室的相对的外边界延伸。换言之，腔室布置在两个侧壁构件之间。因此，腔室内的至少一个电池单体的排出产物可以穿过两个侧壁构件离开腔室。在设置优选的分隔壁的情况下，分隔壁从一个侧壁构件穿过腔室延伸到另一个侧壁构件。

根据发明的优选实施例，所述至少一个侧壁构件包括至少一个孔排气阀，其中，所述至少一个孔排气阀关闭至少一个孔。优选地，孔排气阀被适配为在预定的腔室内部压力下或者在预定的腔室与通道之间的压力差下打开(其中，腔室内部的压力较高)。换言之，所述至少一个孔排气阀是关闭孔并在热失控状态下的电池单体的过压下打开的排气阀(排出气体压力打开孔排气阀)。由此，排出气体扩散到侧壁框架轮廓中。由于所述至少一个孔排气阀，防止通道内的排出气体和固体物质进入腔室。进一步优选地，每个孔由孔排气阀关闭。

如果腔室被分成多个子腔室，则孔排气阀是特别有益的。在这种情况下，仅打开容纳受热失控影响的电池单体(或电池单体行)的子腔室的所述至少一个孔排气阀。打开的所述至少一个孔排气阀使得排出气体能够扩散到侧壁框架轮廓的通道中。由于这种激活专门的至少一个孔排气阀，仅热失控子腔室(部分)内的电池单体将被污染。在每个孔设置有孔排气阀的情况下，其余的子腔室和容纳在其中的电池单体将不会被污染，因为它们仍然被保持关闭的孔排气阀密封，使得未受影响的子腔室保持与通道分离。

优选地，电池壳体包括至少一个壳体开口或至少一个壳体排气阀。例如，电池壳体可以包括一个或两个壳体开口或者一个或两个壳体排气阀。如果所有孔都被孔排气阀关闭，则至少一个壳体开口是特别优选的，因为腔室已经被孔排气阀密封。在这种情况下，排气路径穿过所述至少一个壳体开口离开电池壳体。这具有在通道内不产生背压的效果。由此，有助于打开受影响的子腔室的孔排气阀，同时防止未受影响的子腔室的不希望的打开。

所述至少一个孔排气阀可以包括关闭孔的膜。优选地，膜适于在预定的腔室内部的压力或者在预定的腔室与通道之间的压力差下破裂。

优选地，壳体排气阀被适配为在预定的腔室内部压力下打开，其中，预定的压力小于打开所述至少一个孔排气阀所需的压力。由此，确保了未受影响的子腔室的孔排气阀不会由于通道内因受影响的子腔室中的热失控产生的过压而意外打开。

优选地，膜包括箔，更优选地，铝箔或塑料箔。塑料箔可以包括聚四氟乙烯(PTFE)。

根据发明的优选实施例，膜被适配为在高于100℃，更优选高于200℃，特别优选高于300℃的温度下熔化。由此，防止了在所述至少一个侧壁构件的通道内部由于排出气体的温度引起的膜的熔化，使得不受热失控影响的子腔室的孔保持关闭。

孔排气阀(优选的膜)可以完全关闭并因此密封孔。可选地，膜可以包括穿孔。由于穿孔，孔不被膜完全封闭，而是部分封闭，优选地，大部分封闭。由于穿孔，即使在膜破裂之前，也能够实现气体从腔室流到通道。因为有助于热的排出气体到达膜，所以流过穿孔的气体有助于膜的弱化或甚至熔化。优选地，穿孔的面积小于5％，更优选地小于2％。进一步优选地，膜的材料的熔点低于穿过穿孔的排出气体的温度，但高于排出气体在扩散到通道中之后的温度。由此，防止了不受热失控影响的子腔室的膜的熔化。代替穿孔，膜可以开槽。因此，膜可以包括狭缝，该狭缝一方面使得气体能够流过膜，而另一方面如果与穿孔相比，则增强了腔室与通道的分离。这是因为只要腔室内部没有过压，狭缝就基本关闭。

优选地，所述至少一个侧壁构件包括至少一个膜，其中，所述至少一个膜至少部分地封闭至少一个孔，并且被适配为在预定的温度或高于预定的温度下熔化，由此打开所述至少一个孔。预定的温度是在腔室内的至少一个电池单体排出排出气体的情况下达到的温度。膜可以包括穿孔或可以如上所述开槽。

根据发明的优选实施例，所述至少一个侧壁构件包括出口端口，出口端口优选地布置在通道的孔的下游，更优选地布置在通道的下游端部处，其中，出口端口布置在通道的上半部分中。换言之，出口端口不延伸到通道的上半部分下方。因此，出口端口仅布置在通道的上半部分中(限于通道的上半部分)。通道的至少下半部分可以是封闭的。通道的下半部分优选地由所述至少一个侧壁构件的保持壁封闭。换言之，仅排出产物的排出气体能穿过布置在通道的上半部分中的出口端口从通道排放。因此，封闭侧壁构件的至少下半部分的保持壁阻止固体物质离开通道。优选地，出口端口布置在通道的顶部三分之一、更优选地顶部四分之一中，使得通道的至少底部三分之二、更优选地底部四分之三优选地由所述至少一个侧壁构件的保持壁封闭。

进一步优选地，所述至少一个侧壁构件包括横向于通道的纵向方向布置在通道的下半部分内部的至少一个肋，优选地，多个肋。所述至少一个肋从通道的底部向上延伸并且阻挡通道高达所述至少一个肋的高度。由此，沿着通道被排出气体所携带的固体物质由于重力而下沉到通道的底部并且被肋捕获，肋横向于通道的纵向方向布置并且因此横向于所述至少一个排气路径。优选地，肋垂直于通道的纵向方向布置。

根据发明的另一优选实施例，电池系统包括在通道的下游布置在所述至少一个排气路径中的颗粒分离器。颗粒分离器可以布置在电池外壳外部，但是优选地布置在电池外壳内。颗粒分离器被适配为将在离开通道之后可能仍然存在于排出气体中的固体物质与排出气体分离。

优选地，颗粒分离器是离心分离器。离心分离器也称为旋风分离器。离心分离器利用离心力将固体物质与排出气体分离。

进一步优选地，离心分离器被适配为围绕离心分离器的中心轴线产生涡流，使得排出气体所携带的固体物质与排出气体径向地分离，同时排出气体沿着离心分离器的中心轴线轴向地离开离心分离器。当固体物质与排出气体径向分离时，固体物质仍然可以包括切向速度分量。由于固体物质的比重(密度)比排出气体的比重大，所以固体物质被抛向离心分离器的外壳体，慢下来，并因此与排出气体流分离。排出气体在涡流的中心沿着中心轴线离开离心分离器，而固体物质由于其(特定)重量而不能跟随排出气体。

中心轴线优选地是竖直轴线。特别优选地，排出气体沿着中心轴线沿向上方向离开离心分离器。由于该实施例，甚至更可能将固体物质与排出气体分离，因为固体物质将必须克服重力以被排出气体携带。

电池单体是可再充电电池单体或二次电池单体。电池系统被适配为向电池电动车辆或混合动力电动车辆的推进系统供电。电池系统的电池可以被称为牵引电池，优选地为电动车辆电池(EVB)。

优选地，电池系统(特别是电池壳体)包括基本平坦的形状。换言之，电池系统的高度(特别是电池壳体的高度)小于其宽度或长度。优选地，高度小于宽度或长度的三分之一，特别是小于宽度或长度的四分之一。为了在尽管是平坦的形状的电池壳体内容纳足够数量的电池单体，电池壳体的长度和宽度与其高度相比相对大。这是有利的，因为它允许相对长的至少一个侧壁构件，并且因此允许在所述至少一个侧壁构件内部具有相对长的通道。通道越长，分离固体物质的效果越好。

根据本公开的另一方面，提供了一种包括如上所限定的电池系统的车辆。电池系统优选地集成到车辆的底部构造中，这允许电池系统具有基本平坦的形状。车辆是有利的，因为在热失控的情况下，可以包括导电灰尘的排放的固体物质的量显著减少。由此，大大减少或防止了短路的发生。

优选地，所述至少一个排气路径从车辆的客舱前方离开车辆。由此，排出产物离开电池系统进入车辆(即，汽车或轿车)的前部和/或发动机舱，以避免进入客舱和后备箱。

此外，提供了一种包括多个电池单体的电池系统，其中，电池系统包括从容纳多个电池单体的腔室通向电池系统的环境的排气路径，其中，电池系统包括在排气路径内的离心分离器。优选地，离心分离器包括与本公开中描述的离心分离器相关的至少一个特征。

此外，提供了一种用于电池系统的离心分离器。优选地，离心分离器包括与本公开中描述的离心分离器相关的至少一个特征。

可以通过所附权利要求或以下描述获知本公开的其它方面。

附图说明

通过参照附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域普通技术人员而言将变得明显，在附图中：

图1示出了根据优选实施例的电池系统的示意性俯视图和剖视图；

图2示出了根据另一优选实施例的电池系统的示意性俯视图和剖视图；以及

图3示出了包括根据优选实施例的电池系统的车辆的示意性俯视图。

具体实施方式

现在将详细参照实施例，实施例的示例在附图中被示出。将参照附图描述示例性实施例的效果和特征以及示例性实施例的实现方法。在附图中，同样的附图标记表示同样的元件，并且省略了冗余的描述。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。此外，在描述本发明的实施例时使用“可以”表示“本发明的一个或更多个实施例”。

在本发明的实施例的以下描述中，除非上下文另有清楚地指出，否则单数形式的术语可以包括复数形式。

还将理解的是，术语“包括”及其变型说明存在所陈述的性质、区域、固定数量、步骤、过程、元件、组件和其组合，但不排除存在其它性质、区域、固定数量、步骤、过程、元件、组件和其组合。

在附图中，为了清楚起见，可能夸大元件的尺寸。例如，在附图中，为了说明的目的，可能任意地示出每个元件的尺寸或厚度，因此本发明的实施例不应被解释为限于此。

通过参照实施例的以下详细描述和附图，可以更容易地理解发明构思的特征和实现发明构思的方法。在下文中，将参照附图更详细地描述示例实施例，其中同样的附图标记始终表示同样的元件。然而，本发明可以以各种不同的形式实现，并且不应被解释为仅限于在此所示出的实施例。相反，这些实施例被提供为示例，使得本公开将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的方面和特征。因此，可以不描述本领域普通技术人员为了完全理解本发明的方面和特征而不是必需的过程、元件和技术。除非另有说明，否则在整个附图和书面描述中，同样的附图标记表示同样的元件，因此，将不再重复其描述。在附图中，为了清楚起见，可能夸大元件、层和区域的相对尺寸。

如在此所使用的，术语“基本”、“约(大约)”和类似术语用作近似术语而不是程度术语，并且意图考虑将由本领域普通技术人员认识到的测量值或计算值的固有偏差。此外，如果术语“基本”与可以使用数值表达的特征结合使用，则术语“基本”表示以该值为中心在+/-5％的范围内的值。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，术语(诸如在通用词典中定义的术语)应该被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不应该以理想化或过于正式的含义来解释，除非在此明确地如此定义。

图1示出了根据优选实施例的电池系统10的示意性俯视图以及剖视图A-A、B-B和C-C。电池系统10适用于车辆100(见图3)，并且包括多个电池单体12和电池壳体20(电池组壳体)。

电池壳体20包括布置在(夹在)电池壳体20的底盖24(电池底盖板)和顶盖26(电池顶盖板)之间的腔室22，其中，腔室22容纳多个电池单体12。顶盖26可以被命名为上壳体盖，并且底盖24可以被命名为下壳体盖。电池单体12布置在腔室22内部，从而在电池单体12与顶盖26之间设置有中空空间28。

根据该示例，电池单体12是成排布置的棱柱形电池单体12。每个电池单体12包括与电池单体12的电极(未示出)连接的两个端子13(电极端子)。端子13并联和/或串联电连接(未示出)。电池单体12的端子13沿着Z轴指向向上方向，因此端子13指向Z方向并指向顶盖26。

电池单体12均包括排气开口15，如果受影响的电池单体12内部超过一定的过压和/或一定的温度，则该排气开口15用于允许在异常操作条件(也称为热失控16或热事件)下产生的排出产物从电池单体12释放。该排气开口15通常由膜(未示出)覆盖，如果电池单体12内部的压力超过预定的压力阈值，则该膜破裂开来。排气开口15相对于电池单体12的位置可以用于限定Z轴，详细地，排气开口15指向Z轴的方向和顶盖26。换言之，排气开口15指向向上方向。在图1的俯视图中，Z轴指向图纸平面之外，在局部剖视图A-A和剖视图B-B中，Z轴向上指向图纸平面，并且在剖视图C-C中，Z轴指向图纸平面的右侧。术语“顶”、“底”、“上”和“下”根据Z轴进行定义。例如，顶盖26定位在Z轴的上部处，而底盖24定位在Z轴的下部处。根据示出的实施例，电池系统10的所有电池单体12的端子13和/或排气开口15布置在电池单体12的顶部上，并且因此指向同一方向(Z方向)。因此，电池系统10的所有电池单体12的端子13和/或排气开口15指向顶盖26。

电池壳体20包括连接底盖24和顶盖26的至少一个侧壁构件30。所述至少一个侧壁构件30沿着腔室22的外边界延伸，并且包括在所述至少一个侧壁构件30内部的通道32。侧壁构件30是改善电池壳体20的结构刚度的侧壁框架轮廓。所述至少一个侧壁构件30包括将腔室22与通道32连接的孔34(开口)。孔34布置在通道32的靠近顶盖26的上半部分35中，使得通道32的至少下半部分33适于收集固体物质。通道的上半部分35定位在Z轴的上部处，而通道的下半部分33定位在Z轴的下部处。孔34穿过所述至少一个侧壁构件30的(布置在通道32与腔室22之间的)内壁，从而在腔室22与所述至少一个通道32之间建立流体连接。侧壁构件30的穿孔内壁的至少下半部分33将腔室22与通道32分开。这是因为内壁的至少下半部分33不包括任何孔，因此通道32的至少下半部分33与腔室22气密地分开。由于孔34仅布置在通道32的上半部分35中，所以收集通道由通道32的至少下半部分33来实现(见剖视图B-B)。

根据图1中所示的实施例，所述至少一个侧壁构件30由沿着腔室22的相对的外边界(相对的外侧)延伸的两个侧壁构件30组成，其中，两个侧壁构件30将底盖24与顶盖26连接。两个侧壁构件30中的每个包括在此所描述的“至少一个侧壁构件30”的特征和功能。此外，如果关于两个侧壁构件30描述了特征，则这些特征也适用于仅一个单独的侧壁构件30或所述“至少一个侧壁构件30”。腔室22的前侧和后侧可以由两个端壁构件36封闭。两个端壁构件36沿着腔室22的相对的外边界延伸。两个端壁构件36中的每个连接两个侧壁构件30并且将顶盖26和底盖24彼此连接。可选地，可以使用均包括通道32和孔34的两个另外的侧壁构件30而不是两个端壁构件36来封闭腔室22(未示出)。

在正常运行条件下，电池壳体20以基本气密的方式包围电池单体12。然而，在热失控16的情况下，排出气体从电池单体12中的至少一个排出，并且必须排放到腔室22和电池壳体20之外，以避免损坏电池壳体20和热失控16的进一步传播。因此，电池系统10被适配为使得在热失控16的情况下，从至少一个电池单体排出的排出气体沿着从电池系统10引出的至少一个排气路径(37-沿着图1至图3中的箭头延伸的排气路径)被引导。由于图1中所示的实施例包括两个侧壁构件30，每个侧壁构件30包括一个通道32，因此实现了两个排气路径37。每个排气路径37从腔室22内部处于热失控的电池单体12穿过孔34和至少一个侧壁构件30内部的通道32引导到电池系统10的环境。排气路径37穿过壳体排气阀38离开电池壳体20，壳体排气阀38在正常运行条件下关闭，并且在(例如，由电池壳体20内的增大的内部压力而引起的)热失控16的情况下打开。这种开口还应允许安全地排出排出气体，以保护人免受在电池壳体20内的电池单体的热失控16(排气)或其它功能障碍期间可能产生的烟气的影响。壳体排气阀38将至少一个排气路径37与电池系统10的环境39连接。

如在图1中可以看出的，每个排气路径是分支的，以通过孔34穿透侧壁构件30的内壁。

由于在热失控16时电池单体12内部的高压和高温，固体物质(尤其是源自电池单体12的电极的石墨粉末和/或金属碎片)与排出气体一起被带走。石墨粉末和金属碎片在电池系统10或包括电池系统10的车辆内会造成短路的风险。如果短路是由铝碎片引起的，则有可能铝碎片熔化并且随后短路断开。然而，在石墨粉末的情况下，存在当石墨粉末闭合短路时石墨粉末烧结并且维持短路的风险。因此，一方面，重要的是将排出气体释放出电池系统，而另一方面，固体物质应保持在壳体内并同时应远离电气和电子组件。

因此，根据发明的一个方面，当排出气体沿着排气路径37引导穿过电池系统10时，被排出气体带走的固体物质沉降在侧壁构件30的通道32内。这是可能的，因为孔34布置在通道32的上半部分35中，使得每个通道32的至少下半部分33被适配为收集固体物质的收集通道。将固体物质携带到通道32中的排出气体以相对高的速度流过孔34。当排出气体穿过孔34进入通道32时，排出气体扩散，因此排出气体的速度降低。速度的降低促进固体物质与排出气体在通道32内重力驱动分离。因此，侧壁构件30和侧壁构件30的通道32用作扩散室以减慢排出气体的流动以及用作容器以存储从处于热失控16状态下的电池单体12逸出的金属部件和石墨。

电池壳体20包括分隔壁40，其中，分隔壁40从所述至少一个侧壁构件30延伸穿过腔室22，使得腔室22被分成至少两个子腔室42。如在图1的俯视图中可以最佳地看到的，多个分隔壁40连接两个侧壁构件30，使得分隔壁40布置在子腔室42之间。分隔壁40以热隔离和气密的方式将子腔室42分开。因此，分隔壁40防止任何类型的热传播到其余的(未受影响的)电池单体行，而将热失控16包含在一个子腔室42内，使得例如仅一个单独的子腔室42受到影响。由此，可以防止热在整个电池中传播。此外，顶盖26由耐热板屏蔽，耐热板也提供电隔离并且放置在电池壳体20的内部。作为电池壳体20内部的框架部分的分隔壁40还将设置在电池单体12(电池单体12的盖)与顶盖26之间的中空空间28分成在各行电池单体12上方的排气管。由于这些排气管，当排出产物在排气管内被引导时，仅热失控子腔室42内的电池单体12将被污染。其余子腔室42内的其余电池单体行将不会被污染。分隔壁40可以由电池单体保持器实现。离开电池单体12的排出气体的第一部分是清洁的，并且在不受热失控影响的子腔室42内建立一定内部压力。因此，包括固体物质的后续(多尘的)排出气体将不会进入保持清洁(未污染)的那些其它的子腔室42。

侧壁构件30包括布置在通道32内部并且因此布置在侧壁构件30内部的气体引导装置44。气体引导装置44被适配为使离开腔室22的排出产物沿着至少一个排气路径37(见图1的俯视图中的弯曲箭头)穿过孔34偏转到通道32的纵向方向上。根据图1中所示的实施例，气体引导装置44可以包括鳍44。气体引导装置44部分地覆盖孔34，并且从每个孔34的上游边缘延伸到通道32中。除了将离开腔室22的排出产物偏转到通道32的方向上之外，气体引导装置44还具有阻止沿着通道32被排出气体所携带的固体物质进入下游布置的孔34和对应的子腔室42的效果。在没有气体引导装置44的情况下，由上游(与排气路径37相关)子腔室42排出的固体物质可能侵入不受热失控16的影响的下游子腔室42并且可能导致短路。由于气体引导装置44，防止或至少减少固体物质侵入下游孔34和/或子腔室42中。

气体引导装置44与至少一个侧壁构件30一体地形成。侧壁构件30是中空的铝型材，并且鳍44从侧壁构件30的壁冲压出。更具体地，每个鳍44沿着鳍44和/或孔34的除了鳍44和孔34的上游边缘之外的圆周冲压。在冲压之后，鳍44向通道32内弯曲，使得鳍44与侧壁构件30的壁成角度。

图1的剖视图B-B是沿着一个排气路径37在腔室22下游的视图。如在图1的剖视图B-B中可以最佳地看到的，侧壁构件30在每个通道32的下游端部处均包括布置在孔34下游的出口端口46，其中，出口端口46布置在通道32的上半部分35中，使得通道32的至少下半部分33被至少一个侧壁构件30的保持壁48封闭。当保持壁48至少封闭通道32的下半部分33时，保持壁48有助于将固体物质保持在通道32内。在图1的剖视图B-B中，出口端口46直接布置在保持壁48上方。出口端口46可以通过保持壁48与顶盖26之间的间隙或者通过穿过保持壁48的开口来实现。

侧壁构件30包括布置在通道32的下半部分33内部的肋50。肋50横向于通道32的纵向方向布置。肋50从通道底部向上延伸，使得通道32的至少上半部分35保持不被阻挡。肋50有助于将固体物质保留在通道32内。

电池系统10还包括颗粒分离器60，在通道32下游在每个排气路径37中布置一个颗粒分离器60。可选地，电池系统可以针对两个排气路径37包括仅一个单独的颗粒分离器60。在其它实施例中(见图2)，省略了颗粒分离器60。颗粒分离器60布置在电池壳体20内部。例如，颗粒分离器60可以布置在分离区域64(过滤区域)内的接线盒62的两侧上。分离区域64用作过滤器并且布置在电池系统10的前部中。可选地，颗粒分离器60可以布置在电池壳体20外部。包括颗粒分离器60的分离区域64内的点状区域表示分离区域64内的包括固体物质的排出气体可以流过的区域。例如，如果省略颗粒分离器60，则整个点状分离区域64可以用于其它颗粒分离装置(未示出)。如果提供至少一个颗粒分离器60，则所述至少一个颗粒分离器60可以经由导管(未示出)连接到至少一个侧壁构件30的通道32和壳体排气阀38。在这种情况下，排气路径37将被适配为使得排出气体不会流过分离区域64的在颗粒分离器60外部的点状区域。

颗粒分离器60是被适配为围绕中心轴线66(中心轴线66是沿着Z轴的竖直轴线)产生涡流的离心分离器60，使得在排出气体在涡流的中心沿着中心轴线66轴向地离开离心分离器60时使固体物质与排出气体径向分离。涡流由排出气体的速度产生，因此不需要马达来产生涡流。颗粒分离器60进一步减少了由电池系统10排出的固体物质。排出气体沿着中心轴线66沿向上方向离开离心分离器60，使得重力进一步促进固体物质与排出气体的分离。

图2示出了根据另一优选实施例的电池系统10的示意性俯视图、局部剖视图A-A和剖视图C-C。图2中所示的实施例与图1中所示的实施例的不同之处在于以下特征。

两个侧壁构件30包括孔排气阀70，其中，孔排气阀70关闭孔34。孔排气阀70被适配为在预定的每个子腔室42与通道32之间的压力差下打开。

孔排气阀70是膜(例如，箔)，孔排气阀70关闭孔34并且在预定的对应的子腔室42与通道32之间的压力差下破裂。

因此，根据图2的排气构思包括针对每个子腔室42并因此针对每个电池单体行的专门的孔排气阀70。此外，排气路径37(由粗箭头表示)由电池单体12的(顶)盖、分隔壁40(电池单体保持器)、电池(组)壳体20的顶盖26、由中空侧壁框架轮廓实现的侧壁构件30以及作为电池的前部的分离区域64形成。从而防止在热失控16期间不直接受热失控16影响的其余电池组件被电池单体12的石墨和金属部件污染。由于气体压力，因此只有关于处于热失控16状态的电池单体12分支的孔排气阀70、72将被打开。其余的未受影响的分支保持封闭，因此不能被污染。

根据图2的实施例可以包括始终打开的一个或两个壳体开口74(始终打开的部分)。壳体开口74将排气路径37与电池系统10的环境39连接。排气路径37被适配为使得排出气体的专门流动从处于热失控16的电池单体12处开始，沿着电池单体行，穿过专门打开的孔排气阀72，沿着侧壁构件30的内部中的通道32，穿过分离区域(分离腔室)64，并穿过壳体开口74离开电池系统10。作为壳体开口74的替代，电池壳体20可以包括替代的壳体开口76，壳体开口76与壳体开口74除了它们在电池壳体20中的位置之外是相同的。替代的壳体开口76可以直接布置在通道32下游，使得分离区域64大部分被绕过或不设置分离区域64。尽管在图2中描绘了仅一个替代的壳体开口76，但是可以直接在相对的侧壁构件30的通道32下游的对称位置处设置第二个替代的壳体开口76。例如，如果每个侧壁构件30和子腔室42设置仅一个孔34，则排气路径37不必分支(见图2)。由于壳体开口74或76不能在通道32内产生背压，所以有助于打开密封受热失控16影响的子腔室42的那些孔排气阀70。壳体开口74、76可以包括覆盖壳体开口74、76的网格(未示出)。从而阻止动物穿过壳体开口74、76进入电池壳体20。网格可以包括(相对低的)熔点，使得如果排出气体经由网格离开壳体开口74，则网格熔化。因此，网格不会被排出气体所携带的固体物质堵塞。

作为壳体开口74或76的替代，电池壳体20可以包括至少一个壳体排气阀38(在图1中示意性地示出)。

壳体排气阀38被适配为使得壳体排气阀38在预定的压力下打开，其中，预定的压力小于使孔排气阀70的膜破裂所需的压力。因此，确保了在不受热失控16影响的子腔室42的孔排气阀70的膜破裂之前，壳体排气阀38打开。因此，与这种适配的壳体排气阀38或者壳体开口74或76的选择无关，仅受热失控16影响的电池单体行的那些孔排气阀70、72打开，而其它孔排气阀保持关闭以密封未受影响的电池单体行。

总之，受影响的电池单体行(子腔室42)与其余的电池单体行的热分离应可以防止烧毁整个电池组。为了降低受影响的子腔室42内的压力，排出气体在热失控条件下压力打开电池单体行的专门的孔排气阀70、72。由此，扩散到侧壁构件30中并且进一步扩散到如壳体开口74、76的开口出口中而降低总压力。其它电池单体行的孔排气阀70保持关闭，并且不被排出气体所携带的灰尘污染。

图3示出了根据优选实施例的包括电池系统10的车辆100的示意性俯视图。车辆100是电动车辆，其中，电池系统10布置在车辆100的底部区域中。可选地，车辆100可以是混合动力电动车辆100。车辆是汽车(轿车)，因此包括四个车轮102。

根据该实施例，车辆100的Z轴对应于电池系统10的Z轴。车辆100和电池系统10的Z轴都指向车辆100的向上方向。如图3示出了车辆100和电池系统10的俯视图，车辆100和电池系统10的Z轴垂直于图纸平面并且指向图纸平面之外。

电池系统10的排气路径37在车辆100的客舱104前方离开车辆100。因此，排出气体穿过车辆100的前部106(例如，发动机舱)离开车辆100，而避免进入客舱104和后备箱108。

附图标记

10电池系统

12电池单体

13端子

15排气开口

16热失控

20电池壳体

22腔室

24底盖

26顶盖

28中空空间

30侧壁构件

32通道

33通道的下半部分

34孔

35通道的上半部分

36端壁构件

37排气路径

38壳体排气阀

39环境

40分隔壁

42子腔室

44气体引导装置/鳍

46出口端口

48保持壁

50肋

60颗粒分离器/离心分离器

62接线盒

64分离区域

66中心轴线

70孔排气阀

72打开的孔排气阀

74壳体开口

76替代的壳体开口

100车辆

102车轮

104客舱

106前部

108后备箱

Claims (13)

1.一种电池系统(10)，所述电池系统(10)包括多个电池单体(12)和电池壳体(20)，其中，电池壳体(20)包括：

腔室(22)，布置在电池壳体(20)的底盖(24)和顶盖(26)之间，其中，腔室(22)容纳所述多个电池单体(12)；以及

至少一个侧壁构件(30)，连接底盖(24)与顶盖(26)，其中，所述至少一个侧壁构件(30)沿着腔室(22)的外边界延伸，并且包括在侧壁构件(30)内部的通道(32)和将腔室(22)与通道(32)连接的孔(34)，其中，孔(34)布置在通道(32)的上半部分(35)中，使得通道(32)的至少下半部分(33)适于收集固体物质，

其中，电池系统(10)被适配为使得在热失控(16)的情况下，从所述多个电池单体(12)中的至少一个电池单体(12)排出的排出气体沿着从腔室引出的至少一个排气路径被引导，穿过孔(34)中的至少一个孔(34)和通道(32)到达电池系统(10)的环境(39)，并且

其中，所述至少一个侧壁构件(30)包括布置在所述至少一个侧壁构件(30)的通道(32)内部并与孔(34)对应地设置的至少一个气体引导装置(44)，其中，所述至少一个气体引导装置(44)被适配为使穿过孔(34)离开腔室(22)的排出气体沿着所述至少一个排气路径(37)偏转到通道(32)的纵向方向上，

其中，所述至少一个侧壁构件(30)包括横向于通道(32)的纵向方向布置在通道(32)的下半部分(33)内部的至少一个肋(50)，并且

其中，至少一个肋(50)至少与孔(34)对应设置，并且所述至少一个肋(50)从通道的底部向上延伸并且阻挡通道高达所述至少一个肋的高度。

2.根据权利要求1所述的电池系统(10)，其中，所述至少一个气体引导装置(44)部分地覆盖所述至少一个孔(34)并且从所述至少一个孔(34)的上游边缘延伸到通道(32)中。

3.根据权利要求1所述的电池系统(10)，其中，所述至少一个气体引导装置(44)包括鳍。

4.根据权利要求1所述的电池系统(10)，其中，所述至少一个气体引导装置(44)与所述至少一个侧壁构件(30)一体地形成。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电池系统(10)，其中，中空空间(28)设置在电池单体(12)与顶盖(26)之间。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的电池系统(10)，其中，电池壳体(20)包括至少一个分隔壁(40)，其中，所述至少一个分隔壁(40)从所述至少一个侧壁构件(30)延伸穿过腔室(22)，使得腔室(22)被分成至少两个子腔室(42)。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的电池系统(10)，其中，所述至少一个侧壁构件(30)由沿着腔室(22)的相对的外边界延伸的两个侧壁构件(30)组成。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的电池系统(10)，其中，所述至少一个侧壁构件(30)包括至少一个孔排气阀(70)，其中，所述至少一个孔排气阀(70)关闭孔(34)中的至少一个孔(34)并且被适配为在预定的腔室(22)内部压力下打开。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的电池系统(10)，其中，所述至少一个侧壁构件(30)包括出口端口(46)，其中，出口端口(46)布置在通道(32)的上半部分(35)中，使得通道(32)的至少下半部分(33)被所述至少一个侧壁构件(30)的保持壁(48)封闭。

10.根据权利要求1至4中的任一项所述的电池系统(10)，其中，电池系统(10)包括在通道(32)的下游布置在所述至少一个排气路径(37)中的颗粒分离器(60)。

11.根据权利要求10所述的电池系统(10)，其中，颗粒分离器(60)是离心分离器(60)。

12.一种包括根据权利要求1所述的电池系统(10)的车辆(100)。

13.根据权利要求12所述的车辆(100)，其中，所述至少一个排气路径(37)从车辆(100)的客舱(104)前方离开车辆(100)。