DE102012023842A1

DE102012023842A1 - Batterie und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012023842A1
Application number: DE201210023842
Authority: DE
Inventors: Sören Schörle
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (10) mit mindestens einer Batteriezelle und mindestens einer Kühlzelle (14a; 14b). Diese beinhaltet mindestens zwei Substanzen, wobei die Kühlzelle (14a; 14b) derart ausgestaltet ist, dass die beiden Substanzen in einem betriebsgemäßen Zustand der Batterie (10) ungemischt sind und im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung gemischt werden. Dabei sind die Substanzen derart ausgestaltet, dass eine Mischung der Substanzen eine endotherme Reaktion bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
Üblicherweise werden im Stand der Technik HV-Batterien in Kraftfahrzeugen mittels eines Kältekreislaufes oder einer Wasserkühlung aktiv gekühlt.
Nachteilig dabei ist, dass diese Kühlung im Crashfall aufgrund von Ausfall oder Beschädigung der zur Kühlung notwendigen externen Infrastruktur nicht gewährleistet ist. Bei einem unfallbedingten Ausfall der Kühlung besteht somit eine hohe Brandgefahr der Batterie und somit ein erhöhtes Sicherheitsrisiko.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen bereitzustellen, welche das Sicherheitsrisiko bei Unfällen senken.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Die erfindungsgemäße Batterie weist mindestens eine Batteriezelle auf. Weiterhin umfasst die Batterie mindestens eine Kühlzelle, die mindestens zwei Substanzen beinhaltet. Dabei ist die Kühlzelle derart ausgestaltet, dass die beiden Substanzen in einem betriebsgemäßen Zustand der Batterie ungemischt sind und im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung gemischt werden, wobei die Substanzen derart ausgestaltet sind, dass eine Mischung der Substanzen eine endotherme Reaktion bewirkt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Kühlzellen, wie sie beispielsweise auch in der Medizin zur Kühlung von Verletzungen verwendet werden, als Notkühlsystem bei Unfällen eingesetzt werden können, da die Kühlwirkung durch eine endotherme Reaktion bewirkt wird und somit auch im Fall einer Beschädigung der herkömmlichen Kühlinfrastruktur gewährleistet ist.
Durch die endotherme Reaktion wird der Batterie Wärmeenergie entzogen, was eine Kühlung der Batterie bewirkt. Dadurch, dass die Substanzen im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung gemischt werden, kann die kühlende Funktion somit vorteilhafter Weise ganz gezielt bei einem Crash-Ereigniss eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die Mischung der Substanzen bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung auch im Fall der Beschädigung des Kraftfahrzeugs und insbesondere einer Kühlinfrastruktur gewährleistet werden, so dass gerade dann, wenn die Kühlung der Batterie besonders wichtig ist, nämlich bei einem Unfall und daraus resultierender erhöhter Brandgefahr der Batterie, die Kühlfunktion der Kühlzelle der Batterie sichergestellt werden kann. Durch die Erfindung kann so erreicht werden, dass im Falle eines Unfalls die Batterie länger unterhalb einer kritischen Temperatur bleibt. Die Brandgefahr der Batterie und somit auch das Sicherheitsrisiko kann so auf besonders vorteilhafte Weise reduziert werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Substanzen unbrennbar. So kann gewährleistet werden, dass aus einer unfallbedingten Beschädigung der Kühlzellen kein Brandrisiko resultiert und die Kühlfunktion weiterhin erhalten bleibt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Kühlzelle derart ausgestaltet, dass durch eine Deformation der Kühlzelle eine Mischung der Substanzen bewirkt ist. So kann auf besonders vorteilhafte Weise bewerkstelligt werden, dass bei einem Unfall die Deformation der Batterie mit der Initiierung der Kühlfunktion der Kühlzelle einhergeht. Es können aber darüber hinaus auch andere Auslösemechanismen oder Auslöseereignisse vorgesehen sein, die bei einem Unfall die Mischung der Substanzen initiieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batterie mindestens zwei Zellblöcke, wobei jeder der mindestens zwei Zellblöcke mindestens eine Batteriezelle der Batteriezellen umfasst, und wobei die mindestens eine Kühlzelle zwischen den mindestens zwei Zellblöcken angeordnet ist. Dabei können auch mehrere Kühlzellen vorgesehen sein, die jeweils zwischen zwei Zellblöcken angeordnet sind. Durch diese Anordnung zwischen zwei Zellblöcken kann eine besonders effektive Kühlwirkung erzielt werden, da die Kühlzelle durch die bei einem Crash-Ereigniss auftretende endotherme Reaktion die Wärmeenergie direkt aus den Zellblöcken entziehen kann und bei einer Anordnung von mehreren Kühlzellen diese Wärmeenergie besonders gleichmäßig aus allen Zeitblöcken entnommen werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an die Batterie ein Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der Batteriezellen angebunden und die mindestens eine Kühlzelle ist an den Kühlmittelkreislauf angebunden. Durch das Vorsehen eines Kühlmittelkreislaufs kann die Batterie auch im betriebsgemäßen Zustand gekühlt werden. Die Anbindung der Kühlzelle an diesen Kühlmittelkreislauf ist besonders vorteilhaft, da dadurch eine optimale Verteilung der Kühlleistung der Kühlzelle, insbesondere über das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs, bewerkstelligt werden kann. So kann beispielsweise im Fall einer bei einem Unfall nicht oder nur teilweise beschädigten Kühlinfrastruktur eine besonders effektive Kühlung durch die Kühlzelle ermöglicht werden. Darüber hinaus ist auch bei einer Beschädigung der Kühlinfrastruktur die Kühlwirkung der Kühlzelle durch die unfallbedingte Krafteinwirkung und die daraus resultierende Mischung der Substanzen dennoch gegeben und somit eine Kühlung der Batterie immer noch gewährleistet.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Batterie oder eine ihrer Ausgestaltungsvarianten.
Die für die erfindungsgemäße Batterie beschriebenen Merkmale, Merkmalskombinationen, Ausgestaltungen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der folgenden Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt eine Batterie 10, insbesondere eine HV-Batterie eines Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, mit mehreren Zeitblöcken 12a, 12b und 12c und mehreren zwischen den Zellblöcken angeordnete, als Crashkühler ausgebildete Kühlzellen 14a und 14b gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Zellblöcke 12a, 12b und 12c umfassen dabei jeweils mindestens eine Batteriezelle. Die Kühlzellen 14a und 14b beinhalten mindestens zwei Substanzen, die im Falte einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung gemischt werden und deren Mischung eine endotherme Reaktion hervorruft. Diese entzieht der Batterie 10 Wärmeenergie, was eine Kühlung der Batterie 10 bedingt und es ermöglicht, dass bei einem Unfall die Batterie 10 länger unterhalb einer kritischen Temperatur gehalten werden kann. Wichtig dabei ist, dass die Substanzen nicht brennbar sind, so dass auch aus einer Beschädigung der Kühlzellen 14a und 14b keine Brandgefahr resultiert. Wie in der Figur zu sehen, können die Kühlzellen 14a und 14b an die interne Kühlinfrastruktur der Batterie 10 angebunden werden, wie beispielsweise an Wasserkühlleitungen 16. So kann die Kühlleistung der Kühlzellen 14a und 14b optimal verteilt werden. Auch die Anordnung der Kühlzellen 14a und 14b zwischen jeweils zwei Zellblöcken 12a, 12b und 12c begünstigt eine möglichst gleichmäßige und effektive Verteilung der Kühlwirkung. Diese ist auch dann noch erhalten, falls die Kühlinfrastruktur, insbesondere die batterieexterne Infrastruktur, bei einem Unfall beschädigt wird.
insgesamt wird so eine Batterie bereitgestellt, bei der durch die Einbringung von chemikaliengefüllten Kühlzellen das Sicherheitsrisiko bei einem Unfall erheblich gemindert wird. Durch eine bei einem Crash verursachte Deformation der Kühlzellen werden zwei darin befindliche Substanzen gemischt und eine endotherme Reaktion wird ausgelöst, die wiederum Wärmeenergie aus der Batterie entzieht und deren Temperatur somit länger unterhalb der kritischen Temperatur hält. Dies ermöglicht eine Senkung der Brandgefahr der Batterie bei einem Unfall, führt zu einer erhöhten Sicherheit und auch zu mehr Akzeptanz von Fahrzeugen mit HV-Batterie, insbesondere Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen.
Bezugszeichenliste

10: Batterie
12a: Zellblock
12b: Zellblock
12c: Zellblock
14a: Kühlzelle
14b: Kühlzelle
16: Wasserkühlleitung

Claims

Batterie (10) mit mindestens einer Batteriezelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (10) mindestens eine Kühlzelle (14a; 14b) umfasst, die mindestens zwei Substanzen beinhaltet, wobei die Kühlzelle (14a; 14b) derart ausgestaltet ist, dass die beiden Substanzen in einem betriebsgemäßen Zustand der Batterie (10) ungemischt sind und im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung gemischt werden, wobei die Substanzen derart ausgestaltet sind, dass eine Mischung der Substanzen eine endotherme Reaktion bewirkt.
Batterie (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kühlzelle (14a; 14b) derart ausgestaltet ist, dass durch eine Deformation der Kühlzelle (14a; 14b) eine Mischung der Substanzen bewirkt ist.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Substanzen unbrennbar sind.
Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (10) mindestens zwei Zellblöcke (12a; 12b; 12c) umfasst, wobei jeder der mindestens zwei Zellblöcke (12a; 12b; 12c) mindestens eine Batteriezelle der Batteriezellen umfasst, wobei die mindestens eine Kühlzelle (14a; 14b) zwischen den mindestens zwei Zellblöcken (12a; 12b; 12c) angeordnet ist.
Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass an die Batterie (10) ein Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der Batteriezellen angebunden ist, wobei die mindestens eine Kühlzelle (14a; 14b) an den Kühlmittelkreislauf angebunden ist.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.