CN118160139A - 用于防止由电芯热失控造成电池着火的电池防火系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于包括多个电芯(14、14a)的机动车的电池(12)的、防止由电池(12)的电芯(14、14a)中的第一电芯(14a)热失控造成电池着火的电池防火系统(10)。电池防火系统(10)包括：可联接在电芯(14、14a)上的电芯排气通道(28)，从电芯(14、14a)中的相应的电芯中逸出的气体(30)可被引入电芯排气通道中并且在电芯排气通道中可被导出至电芯排气通道(28)的至少一个出口开口(46)；作为电芯排气通道(28)的一部分的气流影响结构(31)，其设计成，影响由从第一电芯(14a)中逸出的气体(30)形成的流经电芯排气通道(28)的气流(30)的走向；以及冷却装置(18)，其用于冷却热失控的第一电芯(14a)，其中，冷却装置(18)设定成，最迟在第一电芯(14a)热失控时，使冷却装置被冷却介质(20)穿流。

Description

用于防止由电芯热失控造成电池着火的电池防火系统以及 方法

技术领域

本发明涉及一种用于包括多个电芯的机动车电池的、用于防止由电芯之一热失控造成电池着火的电池防火系统。此外，本发明还涉及一种用于防止由电芯热失控造成电池着火的方法。

背景技术

用于电动车或混合动力车的电池通常构造成高压电池并且包括大量电芯。在此，在某些情况下，例如在事故或电芯损坏或短路的情况下，可能出现这种电芯的热失控。由此伴随着电芯非常剧烈地发热，并且最终导致气体从该电芯中逸出，通常是经由在电芯中设置的可开启的气体出口开口。这种逸出的气流还包含部分导电的颗粒。在无进一步的应对措施的情况下，这些颗粒可能分散在电池壳体中并且尤其在电芯极和电芯连接器的区域中导致空气距离和爬电距离缩短，这促进了电弧形成、进一步的短路和电池着火。失控电芯自身的升温以及热的逸出气体也导致特别是紧邻着失控的电芯周围的其他电芯显著升温，并且因此同样可能热失控。在无应对对策的情况下，这最终导致热传播到电池的所有电芯上，这最终造成高压电池着火。

例如，DE 10 2018 220 992 A1描述了一种用于电化学的蓄能器的安全装置，蓄能器具有爆破阀和冷却装置。由此，通过爆破阀逸出的热的气体应该能够快速降温。为了冷却，在此可以设置冷却板，该冷却板同时也实施成电池包的冷却板，从而可以沿着车辆的地板或沿着电池包的冷却板引导逸出的气体。

虽然通过有目的的气体排出或冷却可以降低在气体最终从机动车的出口开口中逸出时逸出的气体自燃的风险，但这并不能防止从初始热失控的电芯开始的其他电芯的热失控。在热传播到所有电芯上的情况下，最终非常大量的气体从电池中逸出，使得不再能避免气体在从最终的出口开口中逸出后被点燃。因为当大量电芯热失控时，由此产生的巨大量的热的气体不再能有效冷却。此外，还存在排气路径被大量沉积的颗粒堵塞的风险。在热传播过程中，在电池壳体内的电芯升温越发剧烈，尤其是达到也不再能防止在车辆中的电池着火的程度。在热失控的情况下的另一问题此外在于，当检测到这种故障情况时，通常停用在正常运行情况中由电池供电的高压车载电网，并且立即使电池与高压车载电网的其余部分断开。由此，不再为电池提供主动冷却(根据该主动冷却，冷却介质通过制冷回路主动地被冷却)。因此，根据现有技术，尝试通过特殊的灭火装置防止热传播或扑灭电池火灾。

例如，DE 10 2016 200 368 A1描述了一种具有电池模块和冷却介质回路系统的电池系统，该冷却介质回路系统具有至少一个冷却介质容器和部分地被引导通过电池模块的冷却介质管路，其中，该冷却介质管路具有在电池模块中的紧急开口，该紧急开口通过构造成压敏操作元件的操作元件封闭，该操作元件在压力大于阈值时打开并开启紧急开口。此外，冷却介质容器具有用于灭火剂软管的联接部或用于紧固用于灭火剂软管的联接部的接口。如果将灭火剂软管联接到该联接部上并且填充灭火剂，则这导致在冷却介质回路系统中的压力升高，由此打开在电池模块中的紧急开口并冷却介质可以流入电池模块中。

在大多数情况下，通过合适的灭火措施和灭火系统，仅仅可以扑灭已经发生的火灾，因为这些措施需要联接消防水带，而消防水带在消防队到达后才能使用。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种防火系统以及一种方法，其能够实现防止由电池的电芯热失控造成的着火，尤其是在电池内部以及电池外部。

该目的通过具有根据相应的独立权利要求所述的特征的电池防火系统以及方法实现。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书以及附图的主题。

在此，根据本发明的用于包括多个电芯的机动车电池的、防止由电池的电芯中的第一电芯热失控造成电池着火的电池防火系统，具有：可联接在电池的电芯上的电芯排气通道，从电芯中的相应的电芯逸出的气体可被引入该电芯排气通道中并且在电芯排气通道中可被导出至电芯排气通道的至少一个出口开口；作为电芯排气通道的一部分的气流影响结构，其设计成，影响由从第一电芯中逸出的气体形成的流经电芯排气通道的气流的走向；以及冷却装置，其用于冷却热失控的第一电芯，其中，冷却装置设定成，最迟在第一电芯热失控时，使冷却装置被冷却介质穿流。

在此，本发明基于以下认识：为了实际上可以防止电池着火，尤其是也防止在电池外部着火，并且可以阻止热传播，存在多个以整体联合的方式才能发挥其作用的核心要素，尤其是三个核心要素。在此，核心要素包括：受控的气体引导，这可通过可联接在电芯上的电芯排气通道实现；在气体导出时合适的气体处理，这可通过气流影响结构实现；以及防止在电芯之间快速的热蔓延的限定的热传导路径，这可通过用于冷却至少热失控的电芯的冷却装置实现。通过受控的气体导出实现，防止气体包括其中包含的导电颗粒以不受控的方式分散在电池壳体中并且引发在电芯连接器和电芯极的区域中的进一步短路。有利地，气流影响结构能够实现，通过影响气流的走向，在向外流动期间冷却气流并且尤其是也滤除颗粒，稍后更详细地对其进行解释。由此，可防止气流在从最终的出口开口逸出时自燃。这又在两个方面影响了在电池中起火的概率。一方面，被冷却的气流不再将大量热传递回电芯，并且此外也防止当从最终的出口开口逸出的气体着火时可能产生的热倒流。这种热倒流又可能影响在机动车内的电池系统中的热量产生，由此，有利地可以防止这种热量产生。这些措施尤其与用于冷却热失控的第一电芯的冷却装置相组合是特别有利的，因为仅仅由此以与所描述的气体导出相组合的方式，才能最终防止热传播的扩散。通过以合适的方式导出气体，并且也通过冷却热失控的电芯以及尤其是将热失控的电芯和包围该电芯的热点区域的热量运走，可防止电池的相邻电芯或其他电芯剧烈升温以至于也发生热失控。这又影响到气体导出的效率，因为对于仅仅单独一个电芯热失控的情况，也仅仅需要以合适的方式处理该电芯的气体，例如进行冷却、过滤和导出，以防止在气体从最终的出口开口中逸出时该气体自燃。因此，通过气流影响结构提供的用于气体处理的效果和措施在其仅仅作用于小的气体量时更为有效。由此，仅仅当还设置了用于冷却热失控的第一电芯的冷却装置时，才能最终有效地防止在气体逸出后形成火焰。反之，也仅仅当例如只冷却很少的电芯，例如只冷却热失控的第一电芯时，这种冷却装置才可以有效工作。此外，如果从该电芯中逸出的气流没有以合适的方式被导出，即使冷却了热失控的第一电芯，也不能防止热传播。在没有以合适的方式导出气体的情况下，可能由于在气体中包含的颗粒导致进一步的短路，尽管冷却了热失控的电芯，这仍然可能导致其他电芯热失控。于是，冷却作用可能分散到多个电芯上，并且因此对于每个电芯的效率显著降低。由此，因此只有通过所述组成部分协同地共同作用，才能实现阻止从热失控的电芯开始的热传播，并且防止涉及所有电芯的电池着火。

在本发明的范围内，系统尤其是理解为装置或设备或机构。因为确切而言采用多个单个机构或部件的共同作用来防火，所以相应地在此将其称为系统。电池例如可以是用于机动车、尤其是用于电动车或混合动力车的高压电池。可选地，电池所包括的电芯也可以组合成电池模块。由此，电池可以具有分别包括多个电芯的多个电池模块。例如，电池可以设置成布置在机动车的地板区域中，例如大致布置在机动车的前轴和后轴之间的区域中。例如，电芯可以构造成锂离子电芯。电芯排气通道通常可以定义成流动通道的空间上的结构界限。例如，电芯排气通道可以具有通道壁结构，该通道壁结构将电芯排气通道的内部与周围环境分隔开。在此，电芯排气通道可联接在电池的电芯上应该理解为，电芯排气通道可如此布置在电芯处或可如此与电芯耦联，使得从电芯中的相应电芯逸出的气体可以被引入电芯排气通道的内部。在此，耦联设计成，优选地可以将从相应的电芯中逸出的气体的大部分引入电芯排气通道中。优选地，将全部或几乎全部从电芯中逸出的气体引入电芯排气通道的内部。在此，电芯的电芯极算作电芯排气通道的周围环境。由此，可以有效地保证将流出的气体与电芯极隔离。例如，电芯可以布置在电池壳体中。电芯排气通道可以部分地在电池壳体内伸延并且从电池壳体中引导出来，尤其是引导至机动车的最终的出口开口。因此，最终的出口开口可以由电芯排气通道的出口开口提供。备选地，在电芯排气通道的出口开口处还可以联接另一直至最终的出口开口的管路。气流影响结构设计成，影响气流的走向。这可以包括，使气流在其流动方向上偏转，并且也包括将气流分成多个部分流。不仅通过偏转而且通过分流，都可以实现冷却和过滤效果。因此，优选地，气流影响结构设计成，冷却流经电芯排气通道的气流和/或过滤在气流中包含的颗粒。

冷却装置设计成，最迟在第一电芯热失控时，使冷却装置被冷却介质穿流，冷却至少该热失控的电芯。在此，冷却装置不仅可以分配给单个的第一电芯，而且也可以是多个电芯所共用的冷却装置。换句话说，电池的多个电芯或者还可以所有电芯都热联接在冷却装置上，例如直接布置在冷却装置上，或经由导热物质或导热元件机械连结在冷却装置上。相应地，冷却装置包括可被冷却介质穿流的冷却通道。由此，冷却装置不仅构造成被动的冷却装置，而且有利地能够实现冷却介质的对流，这在散热方面显著更有效。为了使冷却装置被冷却介质穿流，可以设置冷却介质泵，其泵送冷却介质通过冷却回路，冷却装置例如通过合适的阀装置以及这种阀装置的操控联接或可联接在该冷却回路上。在此，冷却介质本身不一定必须也被冷却。在此，这又基于以下认识：尽管在电芯热失控的情况中虽然不再能实现在接入冷却回路和电的空调压缩机的情况下的主动冷却(因为高压系统被切断，并且由此也伴随着这种空调压缩机或其他部件的切断)，但在可以由低压电网供电的冷却回路中的冷却介质泵仍然可以继续运行或进入激活状态中。于是，虽然不再能主动使在冷却装置所联接的冷却回路中循环的冷却介质降温，但通过冷却介质泵的运行仍然可以实现，将局部地通过热失控的电芯释放到冷却装置处的热量从该热点区域中运走，并且可以通过冷却系统或机动车的其他部件吸收，例如通过冷却介质自身或其他与冷却回路耦联的部件。由此，可以显著减少尤其是经由冷却装置从热失控的电芯传递到相邻电芯上的热量。因此，通过最迟在第一电芯热失控时激活冷却介质通过冷却装置的流动，可以促使冷却剂，也就是说冷却介质进行循环，以使得有目的地将热量从热点区域中运走并且进行分散。即此时，可将冷却系统整体的热容量用于吸收和排出热量，并且由此防止热传播。因此，冷却装置由此可以在至少半主动的状态中运行，即，在该状态中使冷却介质循环，但不一定必须也进行冷却介质的主动冷却。但可选地可设想，例如附加地激活在热交换器的区域中的通风机，例如冷却器通风机，以由此实现冷却被加热的冷却介质的一定的冷却作用。作为冷却介质，例如可以考虑水或水乙二醇混合物。但也可设想其他液体，并且原则上也可设想气态的冷却介质。

为了最迟在第一电芯热失控时相应地激活冷却装置，可以考虑多种方案。例如，可以设置检测装置，该检测装置例如根据电芯的温度，根据探测到的电芯的电参量(如电压或电流)，或者也根据在电池确切的说具有第一电芯的电池模块中的压力、气体成分，等，检测这种热失控或已经开始的热失控。在此特别有利的是，如果冷却功能不是已激活的，则早在探测到第一电芯的热失控开始时，也就是说例如在该电芯排气之前，冷却装置就已经激活冷却功能。例如，这可简单地根据电芯的温度确定。由此，可以及时地激活冷却装置或至少一个冷却介质泵，以允许冷却介质流经冷却装置。

在本发明的另一有利的设计方案中，气流影响结构设计成，过滤在气流中携带的颗粒和/或防止其到达出口开口。这种过滤作用可以以多种方式实现。这种颗粒的过滤具有的很大优点是，可以显著降低在从最终的出口开口中逸出时气体自燃的概率。因为颗粒是点火源，所以应该尽可能防止其从最终的出口开口中排出。为了过滤颗粒，例如可以在由电芯排气通道提供的气体导出路径中集成相应的过滤器。例如也可设想，这种颗粒分离以及颗粒过滤通过以下方式实现，即，使气体导出路径转向，尤其是多次转向，例如之字形地或蛇形地转向。例如，这又可通过以下方式实现，即，气体导出路径自身在其延伸方向上相应地构造成盘绕或弯曲地伸延。但优选的是，将相应的转向结构集成在气体排出通道的内部中。例如，可以在气体排出通道中集成促成这种气流偏转的转向板。为此，例如可以在气体排出通道的腔室中设置多个彼此平行地布置的且之字形地伸延或波浪形地伸延的板，这些板将气体导出路径分隔成多个，尤其是大量彼此平行地伸延的部分路径，尤其是在主伸延方向上，这些部分路径以至少一个垂直于主伸延方向的方向为基准交替地变化，例如周期性地波浪形地或之字形地变化。也可设想，沿着主伸延方向依次布置多个孔板，其中，各自孔板具有大量小孔。此时，沿着主伸延方向，这些孔的直径可以逐个孔板地减小。这导致逐渐地分离颗粒。同时，该措施不仅导致颗粒分离，而且导致气流减速并且进而也被冷却，并且例如也将能量输出到所描述的结构上。

相应地，本发明的另一非常有利的设计方案是，气流影响结构设计成，降低气流的流动速度，尤其是通过使在电芯排气通道中流动的气流的流动方向偏转。例如，这同样可通过以上描述的用于过滤颗粒的措施实现。例如，彼此平行地布置的、蛇形地或波浪形地伸延的板也适合用于实现这种流动方向的偏转，确切的说顺序地多次偏转，由此，同样不仅可以实现颗粒分离，而且相应地也可以实现气流的冷却。同样，通过所描述的孔板，可以实现这种流动方向的偏转，尤其是当孔板如此彼此对齐，使得在主流动方向上观察孔并未彼此对准，而是布置成至少稍微或完全彼此错开。气流的转向也可以通过在电芯排气通道中迷宫式地成型的结构实现。所描述的变型方案也可以相互组合，例如通过在电芯排气通道内又构造另外的例如具有局部或部分透气的通道壁的子通道。于是，这实现与孔板相似的作用，并且例如能够实现尽可能均匀地使流入腔室中的气体分散到通过电芯排气通道的腔室提供的最大体积空间上，稍后还将更详细地对其进行解释。

在本发明的另一有利的设计方案中，电芯排气通道具有壁结构，该壁结构将电芯排气通道的内部与周围环境分隔开，其中，气流影响结构布置在电芯排气通道的内部中。与例如应该通过电芯排气通道自身的几何构造和引导实现气体转向的情况相比，通过布置在电芯排气通道的内部中的气流影响结构，可实现显著更有效的颗粒分离和气流冷却。通过这种集成在电芯排气通道的内部中的气流影响结构，可增大在气体穿流电芯排气通道时与气体碰撞的碰撞面积，这实现了更有效的冷却和颗粒分离。

在此也非常有利的是，电芯排气通道例如包括气体排放腔，气体排放腔可以简称为腔室，并且在气体排放腔中布置有气体分散结构作为气流影响结构，气体分散结构使通过腔室的至少一个入口开口进入腔室中的气体在通过腔室的至少一个出口开口再次离开腔室之前分散在腔室的内部中。例如，这种腔室可以被提供为在电池正下方和/或正上方的空间，例如在电池底部与机动车的车底保护装置之间的空间。由此，该腔室例如在长度和宽度方面例如在电池的大部分上延伸，尤其是也在整个电池上延伸。由此，可以至少在两个维度上提供这种腔室的非常大的尺寸。从电芯中逸出的气体例如可以直接向上或向下被引入该腔室中。在此，可以为电池的每个电芯或每个电池模块设置在腔室中的相应的入口开口。换句话说，腔室也可以包括多个入口开口并且不仅具有单独一个入口开口。

在此，气体排放腔例如设计成，可引导从至少一个电芯中逸出的、通过至少一个入口开口被引入气体排放腔中的气体穿过气体排放腔，直至至少一个出口开口，并且可将气体从该至少一个出口开口中输出。在此，气体排放腔具有布置在气体排放腔的内部空间中的气体分散结构，该气体分散结构设计成，使经由至少一个第一入口开口被引入气体排放腔中的气体在从至少一个出口开口中排出之前分散在气体排放腔的内部空间中。

根据本发明的另一有利的设计方案，气体分散结构具有至少一个布置在内部空间的第一区域中的气体排出通道，该气体排出通道具有至少一个部分透气的通道壁，该通道壁至少部分地将内部空间的第一区域与第二区域分隔开，其中，至少一个第一入口开口通入内部空间的第二区域中，并且其中，至少一个出口开口在第一区域中通入气体排放腔的内部中，其中，至少一个通道壁构造成，通道壁的透气率根据距腔室的至少一个出口开口的距离而变化，例如随着距离增大而增大。

在本发明的另一有利的设计方案中，气体分散结构具有多个气体排出通道，包括所述至少一个气体排出通道，其中，气体排出通道布置成彼此间隔开，其中，在每个气体排出通道中都通入气体排放腔的多个出口开口中的一个出口开口，并且其中，相应的气体排出通道具有两个相对置的透气的通道壁。

此外，也可设想，所描述的气流影响结构同样构造成可被冷却介质穿流，并且至少最迟当气体从第一电芯中逸出时被这种冷却介质穿流。由此，可以提供附加的气体冷却。

此外，本发明还涉及一种电池装置，其具有根据本发明的电池防火系统或其设计方案之一。

在此优选的是，电池装置包括具有多个电芯的电池。在此，电芯中的相应的电芯此外可以具有可开启的排气开口，该可开启的排气开口与电芯排气通道耦联。

因此，根据本发明的一种有利的设计方案，电池装置包括具有多个电芯的电池，其中，电芯中的相应的电芯具有可开启的排气开口，该可开启的排气开口借助于密封件密封地联接在电芯排气通道的相关联的、至少可开启的入口开口上，该密封件设计成，至少部分地防止从排气开口中逸出的气体逸出到电芯排气通道的周围环境中。通过这种在电芯和电芯排气通道之间密封的耦联，有利地可以将气体可能通过在电芯和电芯排气通道之间的间隙进入周围环境中的风险降到最低。在此，在该周围环境中存在电芯的电芯极。由此，可以以特别有效的方式保持气体远离电芯极和联接在该处的电芯连接器。例如，电芯排气通道可以具有作为其通道壁结构的一部分的面向电芯装置的通道壁，在该通道壁中设置有可开启的通道开口，该通道开口与电芯的相关联的排气开口耦联，或经由密封件联接在排气开口上。在该通道壁中的至少可开启的开口可以提供为永久开口，或者也可以设计成在排气情况中才开启的开口，并且例如同样可以设计成爆破膜。在此，密封件例如可以实施成高温密封件。但这种密封的连结件也可以实施成金属卡圈或金属环等。

在本发明的另一非常有利的设计方案中，冷却装置与电芯中的相应的电芯的至少一侧相连接和/或经由电绝缘件布置在将电芯相互电连接的电芯连接器处。电芯可以以确定的布置方案相对彼此布置。例如，如果以棱柱形电芯的形式提供电芯，则电芯可以例如布置成具有多个在堆叠方向上并排布置的电芯的电芯堆的形式。如果电芯例如构造成圆柱形电芯，则电芯可以布置在同时构造成冷却装置的载体上，尤其是利用其端侧之一面向该载体，其中，电芯还可以以阵列的布置方案布置在载体上，或者也可以布置成彼此错开的行，从而每个圆柱形电芯被其他六个圆柱形电芯(作为最邻近的电芯)包围，只要其并非是边缘电芯。例如，电芯可以具有第一侧，如在圆柱形电芯的情况中，该第一侧可以是电芯极或电芯极中的至少一个所在的端侧。因此，电芯的第一侧代表电芯的至少一个电芯极所在的侧。由此，冷却装置优选地连结在不同于该第一侧的电芯侧上。附加地或备选地，冷却装置也可以经由电绝缘件与电芯极自身或将电芯极彼此电接触的电芯连接器相连接。因此，冷却装置也可以具有多个冷却单元，例如一个冷却单元连结在不同于第一侧的电芯侧上，并且一个冷却单元冷却电芯连接器或电芯极。电芯也可以构造成软包电芯，并且冷却部连结在该软包电芯的合适的侧上。由此，存在可以用于冷却电芯的多种不同设计方案。

在此，此外还特别有利的是，在多个电芯的每两个相邻地布置的电芯之间布置隔热元件。例如，这种隔热元件可以由陶瓷板或云母板、绝缘的灌注物质等提供。该隔热元件优选地也构造成电绝缘的。由此，可以延缓从相关的热失控的第一电芯到其他相邻电芯上的热扩散。通过附加的冷却并且通过所描述的气体导出，可以同时实现，传递到相邻电芯上的热量少到可以防止相邻电芯热失控。

此外，本发明还涉及一种具有根据本发明的电池装置或其设计方案之一的机动车。

根据本发明的机动车优选地被设计为汽车、特别是乘用汽车或商用汽车，或被设计为大客车或摩托车。

此外，本发明还涉及一种用于防止由电池的多个电芯中的第一电芯热失控造成电池着火的方法，其中，将从第一电芯中逸出的气体引入联接在电池的该电芯上的电芯排气通道中并且导出至电芯排气通道的至少一个出口开口，通过作为电芯排气通道的一部分的气流影响结构影响由从第一电芯中逸出的气体形成的气流的走向，并且通过被冷却介质穿流的冷却装置冷却热失控的第一电芯。

对于根据本发明的电池防火系统及其设计方案以及对于根据本发明的电池装置及其设计方案所述的优点以相同的方式适用于根据本发明的方法。

本发明还包括根据本发明的方法的改进方案，其具有如已经结合根据本发明的电池防火系统和根据本发明的电池装置的改进方案所描述的特征。出于这个原因，在此不再次描述根据本发明的方法的改进方案。

本发明还包括所述实施方式的特征组合。因此，本发明还包括以下实现方案，这些实现方案分别具有多个所述实施方式的特征组合，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的。

附图说明

以下描述本发明的实施例。以下解释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部件分别是本发明的单个的、可视作彼此独立的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，本公开还应该包括与示出的实施方式特征组合不同的特征组合。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。

具体实施方式

在此，唯一的附图示出了根据本发明的一个实施例的防火系统10的主要组成部分的示意图。在此，防火系统10用于防止包括多个电芯14的电池12由于多个电芯14中的第一电芯14a热失控而着火。例如，在图中的中间图中示出了这种电池12。在此，相应的电芯14此外可以具有可开启的电芯排气开口16，其在相关的电芯14内过压的情况下打开，以便能够实现相关的电芯14(如在该示例中热失控的电芯14a)的受控排气。该电池12例如可以构造成用于机动车、尤其是电动车或混合动力车的高压电池。在图中左侧的图示中，再次示例性地示出了两个这种电芯14。这两个电芯布置在载体18上，载体18同时构造成冷却底板并且相应地可被冷却介质20穿流。在此，为了允许冷却介质20流经载体18(由此，载体同时形成冷却装置18)，例如使用冷却介质泵22。在此，用23表示冷却回路。由泵使冷却介质20通过该冷却回路进行循环，并且冷却装置18联接在冷却回路23上。在此，所有电芯14可以布置在共用的这种构造成冷却装置18的载体18上，或者可以为分别具有多个电芯14的确定的电芯组设置独立的这种冷却装置18。

原则上，如在图中左侧所示，在两个相邻地布置的电芯14之间，存在多个热耦合路径24a、24b、24c。一方面，相应的电芯14的电芯极14b经由导电的电芯连接器26与相邻的电芯14的电芯极相互耦联确切的说导电地相连接。经由该电芯连接器26提供第一传热路径24a。如果在电芯14发生热事件的情况中在这种电芯14中产生非常多的热量，则在无进一步的应对措施的情况下，该热量经由这种电芯连接器26非常快速地传递到相邻地布置的电芯14上。例如可以以设有流动通道的金属板的形式提供的冷却装置18也使相邻的电芯14非常好地热耦合，只要该板18恰好未被冷却介质20穿流。因此，由此至少在冷却装置18未激活的状态下，也提供了导热非常好的传热路径24c。另一传热路径24b提供在电芯14之间的面向彼此的电芯面之间。

在传统的电池中，如果在无应对措施的情况下发生电芯的热事件，则电芯在其热失控的过程中非常剧烈地升温，并且最终气体从该电芯中逸出。特别是，如果在该气流中包含的导电颗粒到达电芯的极的区域中，则这种颗粒可能导致附加的短路，这又可能引发其他电芯热失控。经由所描述的在电芯之间的热路径，也可能将热量传递到其他电芯上。如果这些电芯同样剧烈升温，则其也发生热失控。

现在，通过本发明及其实施方式，有利地实现，通过电池防火系统10防止由一个电芯14热失控造成整个电池着火。如已经提及的那样，电池防火系统包括多个主要组成部分。一方面，这些主要组成部分是：已经提及的冷却装置18；可联接在电芯14上的、用于有目的地将从热失控的电芯14a中逸出的气流30的气体排出的电芯排气通道28；以及作为电芯排气通道28的一部分的气流影响结构32。在此，防火系统10自身的防火作用仅能通过这些主要组成部分的组合实现。在图中通过相加符号32说明了该组合。这基于以下认识：只有当并不是电池12的所有电芯14热失控时，才能实现有效的气体导出。为了防止其他还完好的电芯14的进一步短路以避免热传播，又需要有目的的气体导出。还必须能在电芯14之间提供尽可能好的热解耦，这能够通过冷却装置18实现。这也只有在并非过多电芯14热失控的情况下才能实现，因为否则的话不再能提供有效的冷却。相应地，必须确保以合适的方式导出气体，因为否则在气流30中包含的颗粒34可能造成在电池12内的短路和电弧，尽管存在冷却，这仍然有利于热传播。此外，气流影响结构31确保充分的颗粒分离和气流30的气体冷却，从而最终逸出的气流30'包含显著更少的颗粒34或完全不再包含颗粒34，并且温度显著比从相关的电芯14a中逸出的气流30更低。由此，还可避免尤其是在从最终的出口开口中离开时在电池12外部起火。现在，以下应该更详细地描述所解释的主要组成部分的工作原理。

如图中左侧所示，最迟当电芯14a热失控时，冷却装置18被冷却介质20穿流。如上所述，该穿流通过泵22实现。此外，冷却装置18的穿流通过箭头20'示出。此时，不一定还必须伴随对冷却介质20的主动冷却。由此，冷却装置18可以用作非主动冷却。这又基于以下认识：在检测到电池12损坏(例如电芯14a的热失控)的情况下，使电池12与高压车载电网的其余部分分离，即，由此切断高压车载电网。由此，通常用于冷却冷却介质20的各种部件(如在制冷剂回路中的电空调压缩机的运行)不再可用。通过可以由机动车的低压车载电网供电的泵22，冷却介质20仍然可在冷却回路23内循环，并且因此有效地运走在受影响的电芯14a中产生的热量。由此，可以极大程度地减少经由用24c表示的热路径的热传递。尽管此处未示出，但是这种冷却装置18备选地或附加地也可以例如经由电绝缘件连结在电芯极14b或电芯连接器26上。由此，也可以相同的方式减少经由用24a表示的热路径的热传递。但原则上，在电芯14的这些侧中的一侧上的冷却也是足够的，因为能够例如通过此处示出的下侧的冷却部18运走足够的热量，从而最终也几乎不可能还经由上部的热路径24a传递热量。相同的也适用于在电芯14之间的路径24b。为了附加地还减少经由中间的热路径24b的热传递，此外优选的是，在电芯之间的间隙36中布置隔热元件38。由此，可以在该区域中附加地减少在电池14之间的热传递。即，由此可建立限定的热传导路径，确切的说沿冷却结构18的方向的热传导路径，而同时消除或减少在电芯14之间的路径。

此外，从受影响的电芯14a中逸出的气体30可以被引入电芯排气通道28中，如已经提到的那样，如在图中的中间图中所示。由此，可以实现受控的气体引导，并且保持逸出的气体30与电芯极14b隔离开。由此，可避免形成电弧和进一步的短路。为了这个目的，电芯排气通道28可以通过密封件连结或联接在电芯14的相应的例如设计成爆破膜开口的排气开口16上。为了这个目的，电芯排气通道28例如可以具有与电芯14的相应的排气开口16对应的入口开口28a。在图中，在中间图中以看向排气开口16和在z方向上位于其上方的入口开口28a的俯视图示出了电池12。入口开口28a例如也可以构造成永久开口或爆破膜。

但是，在无应对措施的情况下，流出的热的气体30的温度也可以再次反作用于电芯14的温度。因此有利的是，附加地，设置作为电芯排气通道28的一部分的气流影响结构31。这实现附加地促进气体冷却和颗粒分离。这种气流影响结构31可以具有多种表现形式。原则上优选的是，其集成到电芯排气通道28的内部40中。电芯排气通道28例如还可以包括腔室42作为区段，在腔室42的内部40中集成该气流影响结构31。为了将内部40与周围环境44分隔开，电芯排气通道28或腔室42具有对应的壁结构28b、42a。在此，腔室42的壁结构42a是整个电芯排气通道28的壁结构28b的一部分。在此，气体30可通过该腔室42被引导至腔室42或电芯排气通道28的出口开口46。该出口开口可以相当于使用该电池防火系统的机动车的最终的出口开口，或者在该出口开口46处还可以联接直至最终的出口开口的用于气体导出的另一管路。原则上，这种腔室42也可以布置在电池12的正上方或正下方，从而例如所描述的入口开口28直接通入该腔室42中。有利地，现在通过气流影响结构31能够实现气流30的气体冷却以及颗粒34的颗粒分离。在该示例中，结构31包括大量结构元件31a，这些结构元件例如可以构造成之字形伸延的或波浪形伸延的板，由此这些板在其间隙中提供大量同样在x方向上波浪形或之字形伸延的部分路径48。通过该之字形或波浪形的结构，使气流30在相应的部分路径48中多次向y方向和与y方向相反的方向偏转。由此分离颗粒34并且减慢气体流动。此外，热能被传递到结构元件31a上。例如，结构元件还可以附加地构造成可被冷却介质穿流，并且在气体导出期间被冷却介质穿流，以提供附加的气体冷却。

但气流影响结构31也还可以具有多种此处未示出的其他表现形式。例如，气流影响结构可作为一个或多个沿x方向依次布置的孔板。在此，孔板优选地相对于x方向(x方向与主流方向或至少局部的主流方向对应)定向，并且分别具有多个孔。孔可以具有在1毫米至10毫米之间的范围内的直径。由此，可以提供用于过滤和分离颗粒34的过滤作用。通过彼此错开地布置相应的孔板的孔，此外可以实现气流30的多次偏转和分布，这导致促进颗粒分离和气流的减速。

总地来说示例表明，可以如何提供NTP(No Thermal Propagation无热传播)高压电池系统的安全设计，借助于该安全设计可以在热失控的情况下防止高压电池着火。尤其是，可提供一种可以以集成到高压电池系统中的方式实现NTP行为的安全设计。换句话说，通过该安全设计可阻止热传播，并且防止在电池内以及在电池外部发生整个电池着火。该安全设计优选地包括三个以整体联合的方式发挥其作用的主要组成部分。其：作为第一组成部分包括限定的热传导路径，尤其是通过利用冷却系统的热容量，通过电的电芯连接部和电芯与冷却介质的热连结，以及通过在电芯之间的热隔绝；作为第二组成部分包括受控的气体引导，尤其是通过优选地利用密封件连结在电芯的爆破膜开口上的独立的气体通道；作为第三组组成部分包括颗粒过滤和气体冷却，尤其是通过具有足够高的冷却能力的特殊的过滤系统。因此，如果电芯发生热失控，在高压电池系统中不进行传播，并且不在高压电池系统内部或外部造成着火。

Claims (10)

1.一种用于包括多个电芯(14、14a)的机动车的电池(12)的、防止由电池(12)的电芯(14、14a)中的第一电芯(14a)热失控造成电池着火的电池防火系统(10)，

其特征在于，

电池防火系统(10)包括：

-能联接在电池(12)的电芯(14、14a)上的电芯排气通道(28)，从电芯(14、14a)中的相应的电芯中逸出的气体(30)能被引入电芯排气通道中并且在电芯排气通道中能被导出至电芯排气通道(28)的至少一个出口开口(46)；

-作为电芯排气通道(28)的一部分的气流影响结构(31)，其设计成，影响由从第一电芯(14a)中逸出的气体(30)形成的流经电芯排气通道(28)的气流(30)的走向；以及

-冷却装置(18)，其用于冷却热失控的第一电芯(14a)，其中，冷却装置(18)设定成，最迟在第一电芯(14a)热失控时，使冷却装置被冷却介质(20)穿流。

2.根据权利要求1所述的电池防火系统(10)，其特征在于，气流影响结构(31)设计成，过滤在气流(30)中携带的颗粒(34)和/或防止其到达出口开口(46)。

3.根据上述权利要求中任一项所述的电池防火系统(10)，其特征在于，气流影响结构(31)设计成，降低气流(30)的流动速度，尤其是通过使在电芯排气通道(28)中流动的气流(30)的流动方向偏转来降低气流的流动速度。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电池防火系统(10)，其特征在于，电芯排气通道(28)具有壁结构(28b、42a)，壁结构将电芯排气通道(28)的内部(40)与周围环境(44)分隔开，其中，气流影响结构(31)布置在电芯排气通道(28)的内部(40)中。

5.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的电池防火系统(10)的电池装置。

6.根据权利要求5所述的电池装置，其特征在于，电池装置包括具有多个电芯(14、14a)的电池(12)，其中，电芯(14、14a)中的相应的电芯具有可开启的排气开口(16)，可开启的排气开口借助于密封件密封地联接在电芯排气通道(28)的相关联的、至少可开启的入口开口(28a)上，密封件设计成，至少部分地防止从排气开口(16)中逸出的气体(30)逸出到电芯排气通道(28)的周围环境(44)中。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的电池装置，其特征在于，冷却装置(18)与电芯(14、14a)中的相应的电芯的至少一侧相连接和/或经由电绝缘件布置在将电芯(14、14a)相互电连接的电芯连接器(26)处。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的电池装置，其特征在于，在所述多个电芯(14、14a)的每两个相邻地布置的电芯(14、14a)之间布置隔热元件(38)。

9.一种具有根据权利要求5至8中任一项所述的电池装置的机动车。

10.一种用于防止由电池(12)的多个电芯(14、14a)中的第一电芯(14a)热失控造成电池着火的方法，

其特征在于，

-将从所述第一电芯(14a)中逸出的气体(30)引入联接在电池(12)的电芯(14、14a)上的电芯排气通道(28)中并且导出至电芯排气通道(28)的至少一个出口开口(46)；

-通过作为电芯排气通道(28)的一部分的气流影响结构(31)影响由从所述第一电芯(14a)中逸出的气体(30)形成的气流(30)的走向；并且

-通过被冷却介质(20)穿流的冷却装置(18)冷却至少热失控的第一电芯(14a)。