DE102011087198B4 - Battery cell module and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Ein Batteriezellenmodul, umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen (11), die jeweils eine Entgasungsöffnung aufweisen, sowie weiterhin einen den Batteriezellen (11) zugeordneten Gasaufnahmeraum (17) zur Aufnahme von aus diesen Batteriezellen (11) entwichenem Gas, wobei der Gasaufnahmeraum (17) zur dauerhaften Aufnahme des entwichenen Gases ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasaufnahmeraum (17) ein Überdruckventil aufweist.A battery cell module comprising a plurality of battery cells (11), each having a degassing opening, and also a gas receiving space (17) assigned to the battery cells (11) for receiving gas that has escaped from these battery cells (11), the gas receiving space (17) for permanent absorption of the escaped gas is formed, characterized in that the gas receiving space (17) has a pressure relief valve.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen, die jeweils eine Entgasungsöffnung aufweisen, sowie weiterhin einen den Batteriezellen zugeordneten Gasaufnahmeraum zur Aufnahme von aus diesen Batteriezellen entwichenem Gas, sowie ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a battery cell module comprising a plurality of battery cells, each having a degassing opening, and also a gas receiving space assigned to the battery cells for receiving gas that has escaped from these battery cells, as well as a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Es besteht ein erheblicher Bedarf an Batterien für breite Anwendungsbereiche, beispielsweise für Fahrzeuge, stationäre Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, und mobile Elektronikgeräte, wie zum Beispiel Laptops und Kommunikationsgeräte. An diese Batterien werden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit gestellt.There is a significant need for batteries for a wide range of applications, for example for vehicles, stationary systems such as wind turbines, and mobile electronic devices such as laptops and communication devices. Very high demands are placed on these batteries in terms of reliability, service life and performance.

Eine Batteriezelle besteht im Inneren aus elektrochemischen Elementen, die empfindlich auf äußere Einflüsse wie Luft oder Feuchtigkeit reagieren und daher so gut wie möglich davor geschützt werden müssen.The inside of a battery cell consists of electrochemical elements that are sensitive to external influences such as air or moisture and must therefore be protected from them as well as possible.

So ist beispielsweise bei Lithium-Ionen-Zellen zur Interkalation sowie zur Deinterkalation die Anwesenheit eines sogenannten Lithium-Ionen-Leitsalzes notwendig. Sowohl für Batteriezellen geringerer Ladung, wie sie zum Beispiel in tragbaren elektronischen Geräten Anwendung finden, als auch in Batteriezellen für den automotiven Bereich wird als Lithium-Leitsalz
Lithium-hexa-Fluorophosphat (LiPF6) eingesetzt. Dieses Leitsalz ist gegenüber Feuchtigkeit äußerst reaktiv, so dass Hydrolyse erfolgen kann, bis zur Entstehung von Fluorwasserstoff (HF).For example, lithium-ion cells require the presence of a so-called lithium-ion conductive salt for intercalation and deintercalation. Both for battery cells with a lower charge, such as those used in portable electronic devices, and in battery cells for the automotive sector, lithium electrolyte salt is used
Lithium hexa-fluorophosphate (LiPF 6 ) is used. This conductive salt is extremely reactive towards moisture, so that hydrolysis can take place up to the formation of hydrogen fluoride (HF).

Sollte es zu einer Fehlfunktion kommen, beispielsweise durch einen Unfall oder durch Überladung, kann es zu einer Überhitzung kommen. Damit eine solche Zelle nicht unkontrolliert platzt und nachfolgend weitere Zellen beschädigt werden, kann im Deckel einer solchen Zelle ein Sicherheitsventil (safety vent). integriert sein, welches bei einem definierten Überdruck im Zellinneren aktiviert wird. Bei einem erhöhten Innendruck öffnet dieses und die Zelle kann definiert entgasen. Es erfolgt eine Druckentlastung der Zelle. Derartige Entgasungsöffnungen können dabei auch als Sollbruchstellen ausgestaltet sein.In the event of a malfunction, for example due to an accident or overcharging, overheating can result. To prevent such a cell from bursting in an uncontrolled manner and subsequently damaging other cells, a safety vent can be installed in the cover of such a cell. be integrated, which is activated at a defined overpressure inside the cell. When the internal pressure is increased, it opens and the cell can degas in a defined manner. The cell is relieved of pressure. Such vent openings can also be designed as predetermined breaking points.

Die austretenden Gase enthalten Elektrolyt und reagieren mit Wasser zu Flusssäure. Um Gefahren für Aggregate und Personen zu vermeiden, ist es notwendig, dass das aus den Batteriezellen ausgetretene Gas kontrolliert und gezielt abgeführt wird, was durch einen sogenannten Moduldeckel erfolgen kann, der auf einem Batteriezellenmodul angeordnet sein kann.The escaping gases contain electrolyte and react with water to form hydrofluoric acid. In order to avoid hazards for units and people, it is necessary that the gas that has escaped from the battery cells is discharged in a controlled and targeted manner, which can be done by a so-called module cover, which can be arranged on a battery cell module.

Zudem kann in dem Moduldeckel ein Kollektor integriert sein, der die entweichenden Gase der Zellen zumindest temporär sammelt. Der Kollektor ist am Schlauchsystem des Entgasungssystems angeschlossen, welches alle Module miteinander verbindet und die entweichenden Gase aus dem Batteriegehäuse leitet.In addition, a collector can be integrated in the module cover, which at least temporarily collects the escaping gases from the cells. The collector is connected to the hose system of the degassing system, which connects all modules with one another and guides the escaping gases out of the battery housing.

Vorteilhaft gegenüber den vorgenannten Lösungen ist es jedoch, dass die Gase letztendlich nicht aus dem Modul austreten und und die Sicherheit für in der Nähe befindliche Bauteile usw. erhöht wird.However, it is advantageous over the aforementioned solutions that the gases ultimately do not escape from the module and the safety for components etc. located in the vicinity is increased.

Stand der Technik sind bspw. DE 29811 305 U1 , DE 10 2010 001 533 A1 und JP 2007 - 134 535 A .State of the art are, for example. DE 29811 305 U1 , DE 10 2010 001 533 A1 and JP 2007 - 134 535 A .

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorgeschlagen wird ein Batteriezellenmodul, umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen, welche insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen sein können. Die Batteriezellen weisen jeweils eine Entgasungsöffnung auf. Das Batteriezellenmodul umfasst weiterhin einen mehreren Batteriezellen zugeordneten Gasaufnahmeraum zur dauerhaften Aufnahme von aus diesen Batteriezellen entwichenem Gas, wobei ein geschlossenes Entgasungssystem gegeben ist.A battery cell module is proposed, comprising a plurality of battery cells, which in particular can be lithium-ion battery cells. The battery cells each have a degassing opening. The battery cell module furthermore comprises a gas receiving space assigned to a plurality of battery cells for the permanent receiving of gas that has escaped from these battery cells, with a closed degassing system being provided.

Geschlossenes Entgasungssystem bedeutet in diesem Kontext, dass die Entgasungsöffnungen dicht mit dem Gasaufnahmeraum verbunden sind und die den Batteriezellen entwichenen Gase vorteilhafterweise nicht in die Umwelt gelangen können. Die Ausbildung entsprechender Verbindungen ist dem Fachmann bekannt.In this context, a closed degassing system means that the degassing openings are tightly connected to the gas receiving space and the gases that have escaped from the battery cells can advantageously not get into the environment. The formation of corresponding connections is known to the person skilled in the art.

Um einen Druckausgleich im geschlossenen Entgasungssystem beim Austritt des Gases aus den Batteriezellen zu gewährleisten, sind mehrere Möglichkeiten vorgesehen.To ensure pressure equalization in the closed degassing system when the gas emerges from the battery cells, several options are provided.

Erfindungsgemäß weist der Gasaufnahmeraum ein Überdruckventil auf, das die im Gasaufnahmeraum befindliche Luft, nicht jedoch die entwichenen Gase austreten lässt. Dazu ist der Gasaufnahmeraum entsprechend zu dimensionieren, so dass bei Abschluss der Verdrängung der Luft aus dem Entgasungssystem durch die ausgetretenen Gase wieder Normaldruck herrscht und das Überdruckventil schließt.According to the invention, the gas receiving space has a pressure relief valve which allows the air in the gas receiving space to escape, but not the gases that have escaped. For this purpose, the gas receiving space must be dimensioned accordingly so that normal pressure prevails again when the expulsion of the air from the degassing system by the escaped gases and the pressure relief valve closes.

Alternativ kann der Gasaufnahmeraum volumenveränderlich sein, um eine Druckerhöhung auszugleichen.Alternatively, the volume of the gas receiving space can be changed in order to compensate for an increase in pressure.

Eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, den Gasaufnahmeraum mit einem Vakuum zu beaufschlagen und zwischen dem Gasaufnahmeraum und den Batteriezellen ein Ventil vorzusehen, das sich bei Druckerhöhung durch die entwichenen Gase öffnet. Vorteilhafterweise erfolgt durch das Vorsehen eines Vakuums im Gasaufnahmeraum eine sehr schnelle Entgasung in Richtung des Gasaufnahmeraums.Another embodiment not according to the invention consists in applying a vacuum to the gas receiving space and providing a valve between the gas receiving space and the battery cells, which valve opens when the pressure increases due to the escaped gases. The provision of a vacuum in the gas receiving space advantageously results in a very rapid degassing in the direction of the gas receiving space.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Gasaufnahmeraum ein Absorptionsmittel, ein Adsorptionsmittel oder ein Mittel zur andersgearteten Bindung des entwichenen Gases angeordnet.According to a particularly preferred embodiment of the invention, an absorbent, an adsorbent or a different type of binding of the escaped gas is arranged in the gas receiving space.

Dazu gehören auch Mittel, die mit den Gasen eine chemische Reaktion eingehen, wobei die Reaktionsprodukte vorzugsweise Feststoffe sind.This also includes agents that enter into a chemical reaction with the gases, the reaction products preferably being solids.

Der Vorteil bei dieser Ausführungsform ist, dass auch bei einer späteren Zerstörung oder Öffnung des Gasaufnahmeraums keine Gase unkontrolliert austreten können.The advantage of this embodiment is that no gases can escape in an uncontrolled manner even if the gas receiving space is subsequently destroyed or opened.

Als Absorptionsmittel, Adsorptionsmittel oder Mittel zur andersgearteten Bindung der entwichenen Gase können beispielsweise Aktivkohle, Zeolithe (künstlich oder natürlich hergestellte), Polymere, Superabsorber oder andere Stoffe mit hoher spezifischer Oberfläche verwendet werden.Activated charcoal, zeolites (artificially or naturally produced), polymers, superabsorbents or other substances with a high specific surface area can be used as absorbents, adsorbents or other types of binding of the escaped gases.

Die Entgasungsöffnung der Batteriezellen oder die Öffnungen des zumindest einen Gehäuses zur Aufnahme der Batteriezellen können zusätzlich mit einem Berstelement, einem Sicherheitsventil oder dergleichen versehen sein.The degassing opening of the battery cells or the openings of the at least one housing for receiving the battery cells can additionally be provided with a bursting element, a safety valve or the like.

Das Batteriezellenmodul umfasst zumindest ein Gehäuse, in dem die Mehrzahl der Batteriezellen angeordnet ist. Dieses Gehäuse ist über Leitungen mit dem Gasaufnahmeraum verbunden.The battery cell module comprises at least one housing in which the plurality of battery cells are arranged. This housing is connected to the gas receiving space via lines.

Das Batteriezellenmodul kann aber auch mehrere Gehäuse zur Aufnahme von Batteriezellen aufweisen, wobei diese über eine gemeinsame Leitung oder über separate Leitungen mit dem Gasaufnahmeraum verbunden sind.The battery cell module can, however, also have a plurality of housings for accommodating battery cells, these being connected to the gas receiving space via a common line or via separate lines.

Das heißt, dass der Gasaufnahmeraum vorzugsweise allen Batteriezellen des Batteriezellenmoduls gemeinsam zugeordnet ist.This means that the gas receiving space is preferably assigned jointly to all battery cells of the battery cell module.

Bevorzugt ist eine direkte Verbindung des Volumens des Gasaufnahmeraums mit den Entgasungsöffnungen, ohne eine Durchströmung von zwischengeordneten Kammern oder dergleichen. Bevorzugt ist eine Durchströmung von relativ kurzen Leitungsstutzen. Dadurch kann bei Erzeugung einer Strömung im Gasaufnahmeraum durch ein Vakuum effizient ein Unterdruck an allen Entgasungsöffnungen erzeugt werden.A direct connection of the volume of the gas receiving space with the degassing openings is preferred, without a flow through intermediate chambers or the like. A flow through relatively short line stubs is preferred. As a result, when a flow is generated in the gas receiving space by a vacuum, a negative pressure can be efficiently generated at all degassing openings.

Zudem wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug, zur Verfügung gestellt, welches wenigstens ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul aufweist, das mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.In addition, according to the invention, a motor vehicle, in particular a motor vehicle driven by an electric motor, is provided which has at least one battery cell module according to the invention that is connected to a drive system of the motor vehicle.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous further developments of the invention are given in the subclaims and described in the description.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 in einer schematischen Darstellung ein Batteriezellenmodul mit einem geschlossenen Entgasungssystem nach einer bevorzugten Ausführungsform.
Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing and the following description. It shows:
  • 1 a schematic representation of a battery cell module with a closed degassing system according to a preferred embodiment.

In der 1 ist ein Batteriezellenmodul 10 dargestellt, das Batteriezellen 11, die jeweils eine nicht dargestellte Entgasungsöffnung aufweisen und in drei Gehäusen 12 angeordnet sind, aufweist. Die drei Gehäuse 12 weisen eine Öffnung 13 auf, wobei die drei Gehäuse 12 mittels Verbindungsleitungen 14, die an der jeweiligen Öffnung 13 der Gehäuse 12 ansetzen, verbunden sind. Letztlich sind alle Öffnungen mit einer Leitung 15 verbunden, die mittels eines Ventils 16 in Abhängigkeit vom Druck verschlossen ist und in einem Gasaufnahmeraum 17 endet. In diesem Gasaufnahmeraum 17 befindet sich ein Absorptionsmittel oder dergleichen zur Aufnahme von Gasen, die aus den Batteriezellen 11 entweichen können.In the 1 is a battery cell module 10 shown, the battery cells 11 , each having a vent opening, not shown, and in three housings 12th are arranged, having. The three enclosures 12th have an opening 13th on, with the three housing 12th by means of connecting lines 14th at the respective opening 13th the housing 12th attach, are connected. Ultimately, all openings are with a pipe 15th connected by means of a valve 16 is closed depending on the pressure and in a gas receiving space 17th ends. In this gas receiving space 17th there is an absorbent or the like to absorb gases from the battery cells 11 can escape.

Claims (7)

Ein Batteriezellenmodul, umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen (11), die jeweils eine Entgasungsöffnung aufweisen, sowie weiterhin einen den Batteriezellen (11) zugeordneten Gasaufnahmeraum (17) zur Aufnahme von aus diesen Batteriezellen (11) entwichenem Gas, wobei der Gasaufnahmeraum (17) zur dauerhaften Aufnahme des entwichenen Gases ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasaufnahmeraum (17) ein Überdruckventil aufweist.A battery cell module comprising a plurality of battery cells (11), each having a degassing opening, and also a gas receiving space (17) assigned to the battery cells (11) for receiving gas that has escaped from these battery cells (11), the gas receiving space (17) for permanent absorption of the escaped gas is formed, characterized in that the gas receiving space (17) has a pressure relief valve. Das Batteriezellenmodul nach Anspruch 1, wobei die Batteriezellen (11) Lithium-Ionen-Zellen sind.The battery cell module after Claim 1 , wherein the battery cells (11) are lithium-ion cells. Das Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Gasaufnahmeraum (17) volumenveränderlich ausgebildet ist.The battery cell module according to one of the Claims 1 to 2 , wherein the gas receiving space (17) is designed to be variable in volume. Das Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Gasaufnahmeraum (17) ein Absorptionsmittel (18), ein Adsorptionsmittel oder ein Mittel zur andersgearteten Bindung des entwichenen Gases angeordnet ist.The battery cell module according to one of the Claims 1 to 3rd , wherein in the gas receiving space (17) a Absorbent (18), an adsorbent or a means for other types of binding of the escaped gas is arranged. Das Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Entgasungsöffnungen der Batteriezellen (11) zusätzlich mit einem Berstelement, einem Sicherheitsventil oder dergleichen versehen sind.The battery cell module according to one of the Claims 1 to 4th , wherein the degassing openings of the battery cells (11) are additionally provided with a bursting element, a safety valve or the like. Das Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Batteriezellenmodul (10) zumindest ein Gehäuse (12) umfasst, in dem die Mehrzahl der Batteriezellen (11) angeordnet ist, wobei dieses zumindest eine Gehäuse (12) über zumindest eine Leitung (15) mit dem Gasaufnahmeraum (17) verbunden ist und mit einem Berstelement, einem Sicherheitsventil oder dergleichen versehen sein kann.The battery cell module according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the battery cell module (10) comprises at least one housing (12) in which the plurality of battery cells (11) are arranged, this at least one housing (12) being connected to the gas receiving space (17) via at least one line (15) and can be provided with a bursting element, a safety valve or the like. Ein Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit einem Batteriezellenmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Batteriezellenmodul (10) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.A motor vehicle, in particular a motor vehicle driven by an electric motor, with a battery cell module (10) according to one of the Claims 1 to 6th , wherein the battery cell module (10) is connected to a drive system of the motor vehicle.
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