CN114142155A - 车辆的动力电池设备以及具有动力电池设备的机动车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机动车(10)和一种动力电池设备(12)，该动力电池设备具有至少一个电池模块(16)和电池壳体(20)，所述至少一个电池模块具有至少一个电池单体(18)，所述至少一个电池模块(16)布置在电池壳体中，其中，所述至少一个电池单体(18)具有用于从电池单体(18)中排出扩散气体的扩散开口(26)，其中，在电池壳体(20)的电池壳体壁中提供至少一个保护元件(28)，所述至少一个保护元件被构造用于，在扩散气体的作用下失稳并且提供穿过电池壳体壁的开口以用于将扩散气体从所述动力电池设备(12)中排出。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的动力电池设备，该动力电池设备具有至少一个电池模块和电池壳体，电池模块具有至少一个电池单体，所述电池模块布置在电池壳体中，其中，所述至少一个电池单体具有用于将扩散气体的从电池单体中排出的扩散开口。此外，本发明还涉及一种具有这种动力电池设备的机动车。
背景技术
目前的用于电动车辆(BEV)的动力电池或者高压电池存储系统必须满足相对于环境影响、例如湿度、盐负荷和机械影响的高密封性要求。此外，用于动力电池的动力电池设备必须如此设计，使得在电池单体扩散的情况下保护车辆乘员。电池扩散、也被称为热失控(Thermal Propagation、Thermal Runaway)是电池单体中的放热化学反应，这时能够产生高压的热扩散气体，这可能导致动力电池和车辆的损坏。这种扩散情况例如可能由于电池单体中的内部短路造成。尽管这些扩散情况很罕见，但仍采用复杂的措施以提高安全性，例如在电池盖上设置例如钢内置件或附加的防火措施。
由文献DE 10 2008 034 879 A1已知了一种应用在车辆中的这种类型的电池，其中，电池布置在电池壳体中，该电池壳体具有用于减小内压的开口，其中，在该开口上布置有用于排出排气的管接头。
由文献DE 10 2017 219 553 A1已知一种电池单体的安全元件。所述安全元件包括液体接纳部，所述液体接纳部具有以液体填充的内部空间，其中，液体接纳部和接纳元件尤其一体式地构造，并且其中所述安全元件还包括至少一个预定断裂部位，所述预定断裂部位构造成在液体向气态至少部分地相变时断裂。
由文献DE 10 2014 201 165 A1已知一种具有多个彼此电连接的电池单体的电池模块，其中，各个电池单体通过调温流体被调温。通道系统在电池单体之间延伸，该通道系统被调温流体流过。通道系统与电池单体的排气系统完全分开。
用于动力电池的现有防火设计的缺点是，该防火设计是成本高的并且具有高的结构空间需求，由此会限制电池尺寸。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于电池模块的成本有利的保护。
该目的通过独立权利要求实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求、下面的说明以及附图中公开。
通过本发明提供一种用于车辆的动力电池设备，该动力电池设备具有至少一个电池模块和电池壳体，该电池模块具有至少一个电池单体，电池模块布置在该电池壳体中，其中，所述至少一个电池单体具有用于将扩散气体(Propagationsgas)从电池单体中排出的扩散开口。扩散开口在此通常布置在电池单体的单体极处。根据本发明，动力电池设备在电池壳体的电池壳体壁中提供至少一个保护元件，该保护元件被构造用于，在扩散气体的作用下失稳并且提供穿过电池壳体壁的开口以用于从动力电池设备中排出扩散气体。
换言之，动力电池设备的电池壳体在正常状态下是密封的并且被保护免受外部影响。如果发生扩散情况，也就是扩散气体从电池单体的扩散开口中逸出，则在电池壳体壁中提供至少一个保护元件，所述保护元件由于扩散气体的作用而断裂和/或熔化。由此，保护元件能够释放穿过电池壳体壁的开口，其中，扩散气体能够由该开口从动力电池设备向外流出。保护元件可以构造为在电池壳体壁中的预定断裂部位和/或薄弱部位，其中，保护元件例如可以由于扩散气体的压力和/或扩散气体的温度而释放开口。特别是，保护元件可以由于扩散气体的温度而软化，并通过扩散气体的压力而被挤出。保护元件例如可以通过塑料层和/或金属层构造在电池壳体的开口上方。保护元件特别是可以具有预先给定的断裂强度和/或预先给定的熔点，这些特性优选由扩散气体的气体压力或扩散气体的温度来预先规定。
优选地，保护元件可具有与电池壳体不同的材料组成，其中，电池壳体例如可由塑料、金属、尤其钢和/或铝、复合材料和/或材料复合物构成。例如，电池壳体可以具有由塑料注塑包封的金属。优选地，可以为多个电池单体提供各自的扩散开口，其中对于每个扩散开口都可以在电池壳体壁中提供各自的保护元件。
通过本发明得到的优点是，可以实现成本低廉的可能性，以便从动力电池设备中导出扩散气体，并因此提高动力电池设备和/或车辆的安全性。特别是可以省去高成本的构件、例如过压阀，并且可以节省结构空间，由此例如可以设置更大的电池模块。
本发明还包括产生其他优点的实施方式。
一种实施方式提出，相应的保护元件与相应电池单体的扩散开口相对地布置。换句话说，每一保护元件和每一扩散开口分别成对地设置，在此将每一保护元件和每一扩散开口相对置地布置。也就是说，各个电池单体的扩散开口直接对准具有相应保护元件的电池壳体壁，因此扩散气体在从电池单体中逸出之后直接到达保护元件上。通过该实施方式得到的优点是，保护元件在扩散情况下可以提前失稳，由此快速地实现穿透电池壳体壁的开口并且由此可以避免在动力电池设备中的过压和/或高的热量产生。
优选规定，扩散开口和相应的保护元件被朝向动力电池设备的下侧布置，其中动力电池设备的下侧在规定的安装位置中特别是指向车辆下侧。换句话说，电池单体、特别是布置有扩散开口的单体极可以向下朝着地面的方向取向。因此，扩散气体可以朝地面的方向释放，由此特别是可以保护相反方向上的车辆乘员。
另一实施方式提出，相应的保护元件被构造为电池壳体壁的材料薄弱部位，其中，材料薄弱部位被构造成由于扩散气体的温度而熔化。材料薄弱部位例如可通过在电池壳体壁中的材料变窄部来实现，和/或可使用比电池壳体壁更不耐压和/或更不耐热的材料。通过该实施方式得到的优点是，通过材料薄弱部位可以提供成本低廉的保护元件。
优选地设置成，材料薄弱部位具有带有预先给定的熔点和/或预先给定的材料厚度的材料。材料的熔点例如可以由扩散气体的预期热量而预先给定，材料厚度可以通过在防止外部影响的保护作用与扩散气体熔化该材料厚度所需的时间之间的折中来预先给定。
特别优选地提出，相应的保护元件主要由塑料构成。特别是，处于固态的塑料可以对外提供可靠的机械保护，同时，塑料在热作用下、特别是在扩散气体的热作用下能够快速熔化，因此可以提供穿过电池壳体的开口。优选地，塑料采用热塑性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚甲醛、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和其他部分结晶的或无定形的热塑性塑料。通过由塑料构成保护元件的设计方案得到的优点是，可提供成本低廉的保护元件。
特别是提出，电池壳体壁具有金属，该金属被构造用于，保持电池壳体的稳定性并且保护电池模块免受机械损坏，其中所述金属具有用于至少一个由塑料制成的保护元件的至少一个缺口。换句话说，在电池壳体壁的金属中为每个保护元件设置有缺口，其中所述缺口通过由塑料制成的保护元件封闭。特别是可以提出，电池壳体具有由塑料注塑包封的金属，该金属可以在生产中特别有利地制造。由此得到的优点是，可以为电池模块提供机械保护以及针对扩散气体的保护。
另一实施方式提出，电池壳体在朝向电池模块的侧上具有冷却通道，所述冷却通道特别是设计成蜿蜒的，其中，保护元件布置在冷却通道的间隙中。换言之，保护元件布置在冷却通道之间的空隙中。由此得到的优点是，电池模块可以通过冷却通道被冷却并且尽管如此在冷却通道之间仍设有用于保护元件的空间，扩散气体在保护元件失稳后可以通过所述空间逸出。此外，冷却通道还可以由于进一步确保电池壳体稳定性。此外，冷却通道能够在动力电池设备的正常状态下冷却相应的保护元件，从而所述保护元件不会在正常运行中失稳、尤其是例如由于高的外部温度而熔化。特别是扩散气体在扩散情况下的温度可以比正常状态下的温度高许多倍，由此可以超过冷却元件对保护元件的冷却作用。通过该实施方式，可以更好地保持电池壳体壁的机械保护作用并且在扩散情况下提供扩散气体的排出。
另一实施方式提出，电池模块借助灌封材料对外密封。特别是，电池模块可以朝向将电池模块插入到电池壳体中的开口的方向被灌封材料密封。灌封材料可以保护并且密封电池模块以免受外部湿气和/或其他环境影响。通过该实施方式产生的优点是，扩散气体只能经由保护元件的被设置用于逸出的开口来逸出并且因此可以保护其他车辆部件、特别是车辆乘员免受扩散气体的影响。
本发明的另一方面涉及一种具有根据前述实施方式之一所述的动力电池设备的机动车。通过根据本发明的机动车得到与在动力电池设备中相同的优点和变型可能性。根据本发明的机动车优选设计为汽车、特别是轿车或载重汽车，或设计为乘用巴士或摩托车。
本发明还包括根据本发明的机动车的改进方案，这些改进方案具有如已经结合根据本发明的动力电池设备的改进方案所描述的特征。出于这个原因，在此不再描述根据本发明的机动车的相应的改进方案。
本发明还包括所描述的实施方式的特征的组合。因此，本发明还包括如下实现方案，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的，则这些实现方案分别具有所描述的实施方式中的多个实施方式的特征的组合。
附图说明
下面描述本发明的实施例。为此示出：
图1示意性示出了具有根据示例性实施方式的动力电池设备的机动车；
图2示意性示出了具有根据另一示例性实施方式的动力电池设备的机动车。
具体实施方式
下面阐述的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的各个部分分别是本发明的各个可彼此独立地考虑的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，本公开旨在包括实施例的特征的除了所示组合之外的组合。此外，所述实施方式也可以通过本发明的已经描述的特征中的其他特征来补充。
在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
图1示出了具有根据示例性实施方式的动力电池设备12的高度示意性的机动车10，其中动力电池设备12可以例如通过紧固件14安装到机动车10的下侧。特别是，动力电池设备12包括具有多个电池单体18的电池模块16。电池模块16可以布置在电池壳体20中，其中电池模块16可以向上通过灌封材料22和模块盖24密封。
优选地，电池单体18利用特别是可以布置在单体极处的扩散开口26朝着动力电池设备12的下侧的方向、也就是朝着机动车10的下侧的方向布置。特别是在扩散情况下扩散气体可以通过各自电池单体18的扩散开口26逸出。电池壳体20的与相应的扩散开口26相对置的电池壳体壁可以具有相应的保护元件28，其中，该相应的保护元件28被构造成在扩散气体的作用下失稳并且提供穿过动力电池设备12的电池壳体20的电池壳体壁的开口。特别地，保护元件28可以提供通向机动车10的下侧、例如通向道路的开口，扩散气体可以通过该开口逸出。
优选地，相应的保护元件28主要可由塑料、尤其热塑性塑料制成，该塑料在预先给定的熔点下从固态转变成液态。换言之，保护元件28可以在扩散气体的作用下熔化。另选或附加地，保护元件28可以被构造为电池壳体壁的材料薄弱部位。也就是说，对于保护元件28而言，电池壳体壁的该材料厚度可以比在其他区域中的材料厚度小。
特别优选地可以提出，电池壳体20具有金属-塑料混合结构。也就是说，金属30、尤其是钢或铝可以被塑料注塑包封。由此能够提高通过电池壳体20对电池模块16的机械保护作用，其中所述金属-塑料混合构件的金属优选在相应的保护元件28的部位上具有缺口。这些缺口优选由被注塑包封的塑料层封闭，其中，缺口与塑料层一起形成保护元件28。也就是说，电池壳体中的被注塑包封的金属30可以在保护元件28的部位处被中断，以便在扩散情况下在保护元件熔穿之后可以提供向外的开口。作为金属-塑料混合构件的设计方案具有以下优点，即电池壳体20可以与保护元件28一体地制造，由此可以在制造动力电池设备12时节省制造时间和成本。
图2示出了机动车辆10的动力电池设备12的另一示例性实施方式。在该实施例中，又如图1中那样，电池模块16的电池单体18利用各自的扩散开口26向下取向，其中，在该图中在电池壳体20的电池壳体壁中的相应的保护元件28也与相应的扩散开口26对置地布置。出于清楚的原因，在该图中省略了一些附图标记。
在图2中示出的实施例中，电池壳体20、尤其电池壳体20的底部附加地具有冷却通道32，所述冷却通道例如蜿蜒地在电池壳体20的底部上延伸。为了向电池模块16进行传热，能够附加地设置导热介质34，即所谓的缝隙填充材料(Gap-Filler)。保护元件28可以布置在冷却通道32之间，所述保护元件例如可以被构造为在电池壳体20的底部中的材料变窄部。也就是说，保护元件28布置在蜿蜒的冷却通道32的间隙中并且在扩散情况下可以被扩散气体熔化，以便提供向外的开口。除了对电池单体18的冷却作用之外，冷却通道32还具有稳定的作用。也就是说，冷却通道为电池模块16提供了附加的机械保护。此外，冷却通道32可被设计用于在动力电池设备12的正常状态下冷却保护元件28。由此可以额外地确保，保护元件28在动力电池设备运行时在正常条件下不会失稳并且不向外释放开口。
总之，这些实施例示出了如何能够通过本发明提供成本低廉的、耐扩散的并且密封的高压电池模块。
Claims (10)
1.一种用于车辆(10)的动力电池设备(12)，该动力电池设备具有至少一个电池模块(16)和电池壳体(20)，所述至少一个电池模块具有至少一个电池单体(18)，所述至少一个电池模块(16)布置在电池壳体中，其中，所述至少一个电池单体(18)具有用于将扩散气体从电池单体(18)中排出的扩散开口(26)，
其特征在于，
在电池壳体(20)的电池壳体壁中提供至少一个保护元件(28)，所述至少一个保护元件被构造用于，在扩散气体的作用下失稳并且提供穿过电池壳体壁的开口以用于将扩散气体从所述动力电池设备(12)中排出。
2.根据权利要求1所述的动力电池设备(12)，其中，相应的保护元件(28)与相应的电池单体(18)的扩散开口(26)相对置地布置。
3.根据权利要求2所述的动力电池设备(12)，其中，扩散开口(26)和相应的保护元件(28)被朝向动力电池设备(12)的下侧布置，其中，动力电池设备(12)的下侧在规定的安装位置中特别是指向车辆(10)的下侧。
4.根据前述权利要求中任一项所述的动力电池设备(12)，其中，相应的保护元件(28)被构造为电池壳体壁的材料薄弱部位，其中，所述材料薄弱部位被构造成由于扩散气体的温度而熔化。
5.根据权利要求4所述的动力电池设备(12)，其中，所述材料薄弱部位具有带有预先给定的熔点和/或预先给定的材料厚度的材料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的动力电池设备(12)，其中，相应的保护元件(28)主要由塑料构成。
7.根据权利要求6所述的动力电池设备(12)，其中，电池壳体壁具有金属(30)，所述金属被构造用于，保持电池壳体(20)的稳定性并且保护电池模块(16)免受机械损坏，其中，所述金属具有用于至少一个由塑料制成的保护元件(28)的至少一个缺口。
8.根据前述权利要求中任一项所述的动力电池设备(12)，其中，电池壳体(20)在朝向电池模块(16)的侧上具有冷却通道(32)，所述冷却通道特别是设计成蜿蜒的，其中，保护元件(28)布置在冷却通道的间隙中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的动力电池设备(12)，其中，电池模块(16)借助于灌封材料(22)对外密封。
10.一种机动车(10)，具有根据前述权利要求中任一项所述的动力电池设备(12)。
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