DE102012212459A1 - Verfahren zum Reduzieren einer Ausbreitung von Hitze in Bezug auf eine Batterie mittels einer Hitzeschutzvorrichtung und eine ebensolche Hitzeschutzvorrichtung für eine Batterie - Google Patents

Verfahren zum Reduzieren einer Ausbreitung von Hitze in Bezug auf eine Batterie mittels einer Hitzeschutzvorrichtung und eine ebensolche Hitzeschutzvorrichtung für eine Batterie Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Reduzieren einer Ausbreitung von Hitze in Bezug auf eine Batterie in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, und zwar mittels einer Hitzeschutzvorrichtung, wobei die Hitzeschutzvorrichtung derart ausgebildet ist, eine Ausbreitung von sich entwickelnder unerwünschter Hitze ausgehend von und/oder sich ausbreitend hin zu der Batterie zu reduzieren, wobei eine Funktion der Hitzeschutzvorrichtung zum Reduzieren der Hitze-Ausbreitung erst bei einem In-Kontakt-Kommen der Hitzeschutzvorrichtung mit der unerwünschten Hitze aktiviert wird. Außerdem wird eine Hitzeschutzvorrichtung für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren einer Ausbreitung von Hitze in Bezug auf eine Batterie mittels einer Hitzeschutzvorrichtung sowie eine ebensolche Hitzeschutzvorrichtung für eine Batterie, insbesondere für eine Anwendung in einem mit einer Batterie betriebenen Kraftfahrzeug.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik ist das Problem bekannt, dass Batterien, welche beispielsweise zum Betreiben von Kraftfahrzeugen, wie z.B. Hybrid- und/oder Elektrofahrzeugen, verwendet werden, durch unsachgemäße Handhabung, wie falsches Laden durch eine fehlerhafte Ladesteuerung oder allgemein eine Überbelastung von in einer Batterie angeordneten Batteriezellen, eine übermäßige unerwünschte Hitze entwickeln können, die unter Umständen zur Entwicklung eines Feuers und/oder einer Explosion führen kann.
  • Eine solche Hitze bzw. Feuer kann sich dann auf in der Nähe der Batterie befindliche Fahrzeugkomponenten in schadhafter Weise ausbreiten, wie zum Beispiel auf einen Kraftstofftank (Benzin, Diesel und/oder Gas), elektrische bzw. elektronische Komponenten (z.B. Fahrzeugsteuerung), aber auch auf mechanische Fahrzeugkomponenten, wie z.B. gummigelagerte Fahrwerklager, Bremsenkomponenten, Autositze, oder auch auf eine Klimaanlage.
  • Allerdings kann auch der umgekehrte Fall eintreten, d.h. eine übermäßige Hitze oder auch Feuer greift auf die Batterie bzw. Batterien über, welche dann beschädigt wird bzw. werden.
  • Dabei ist eine Schädigung der in der Nähe der Batterie befindlichen Komponenten unabhängig davon, ob die Batterie mit den entsprechenden Komponenten in elektrischer oder fluider Verbindung (z.B. für eine Kühlung der Batterie) steht oder nicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schlägt unter einem ersten Aspekt gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Reduzieren einer Ausbreitung von Hitze in Bezug auf eine Batterie mittels einer Hitzeschutzvorrichtung vor, wobei die Hitzeschutzvorrichtung derart ausgebildet ist, eine Ausbreitung von sich entwickelnder unerwünschter Hitze ausgehend von und/oder sich ausbreitend hin zu der Batterie zu reduzieren, wobei eine Funktion der Hitzeschutzvorrichtung zum Reduzieren der Hitze-Ausbreitung erst bei einem In-Kontakt-Kommen der Hitzeschutzvorrichtung mit der unerwünschten Hitze aktiviert wird.
  • Unter einem zweiten Aspekt gemäß Anspruch 7 schlägt die Erfindung eine Hitzeschutzvorrichtung für eine Batterie vor, welche für eine Ausführung der Verfahrensschritte gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet ist, wobei die Hitzeschutzvorrichtung in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, welches mit wenigstens einer Batterie betreibbar ist.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der Vorteil des vorgeschlagenen Systems ergibt sich daraus, dass die Hitzeschutzvorrichtung erst bei einem In-Kontakt-Kommen mit Hitze bzw. Feuer aktiviert wird, und vor einer Aktivierung relativ wenig Platz benötigt, was insbesondere bei einer Verwendung der Hitzeschutzvorrichtung bei beengten Einbauraumverhältnissen in Kraftfahrzeugen von Vorteil ist. Auch das Gewicht der Hitzeschutzvorrichtung, sowohl bei Nicht-Aktivierung als auch bei Aktivierung, ist relativ gering, und zudem ist eine Montage relativ schnell und einfach und daher kostensparend. Ein weiterer Vorteil ergibt sich natürlich daraus, dass in der Nähe der Batterie befindliche Komponenten bzw. Bauteile effektiv in einem Schadensfall geschützt werden, aber auch dass die Batterie geschützt wird, wenn sich Hitze oder Feuer auf die Batterie ausbreitet.
  • Vorzugsweise umfasst die Hitzeschutzvorrichtung ein Material, welches bei dem In-Kontakt-Kommen mit Hitze sein Volumen um ein Mehrfaches vergrößert, wobei die Hitzeschutzvorrichtung wenigstens teilweise die Batterie umgeben kann, und zwar sowohl in einem nicht-aktivierten Zustand der Hitzeschutzvorrichtung als auch in einem aktivierten Zustand der Hitzeschutzvorrichtung. Somit kann Bauraum eingespart werden, solange die Hitzeschutzvorrichtung nicht aktiv ist.
  • Außerdem wird bevorzugt, dass die Hitzeschutzvorrichtung im aktivierten Zustand eine Ausbreitung von Hitze und/oder Feuer, in einer Richtung von der Batterie ausgehend bzw. in einer Richtung zu der Batterie hin, auf in der Nähe der Batterie befindliche elektrische und/oder elektronische und/oder mechanische und/oder chemische Komponenten reduziert, so dass eine Schädigung dieser Komponenten bzw. der Batterie vermieden wird.
  • Vorzugsweise entzieht die Hitzeschutzvorrichtung im aktivierten Zustand ihrer Umgebung Sauerstoff, so dass beispielsweise ein Feuer durch Entzug von Sauerstoff "erstickt" werden kann.
  • Außerdem wird noch bevorzugt, dass die Hitzeschutzvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, wie z.B. einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, angeordnet ist, welches mit wenigstens einer Batterie betreibbar ist. Die Anwendung in einem Kraftfahrzeug ist besonders vorteilhaft, da die Platzverhältnisse dort in der Regel relativ eingeschränkt sind, und es leicht zu einer Schädigung von Bauteilen durch sich entwickelnde Hitze oder Feuer kommen kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren erläutert, wobei:
  • 1 ein schematisches Beispiel für eine Anwendung des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 ein schematisches Beispiel für eine Anwendung des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
  • 3 ein schematisches Beispiel für eine Anwendung des Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt schematisch eine relative Anordnung einer Batterie 10, einer Hitzeschutzvorrichtung 20 und in der Nähe der Batterie 10 befindliche Komponenten bzw. Bauteile, die symbolisch durch einen Block 30 dargestellt sind, wobei die relativ zueinander angeordneten Teile beispielsweise in einem Kraftfahrzeug untergebracht sein können, wie z.B. einem Hybrid- und/oder Elektrofahrzeug. Die durch den Block 30 dargestellten Komponenten bzw. Bauteile können einen Kraftstofftank, d.h. Benzin-, Diesel- oder Gastank, Elektrik- bzw. Elektronikkomponenten, aber auch mechanische Bauteile umfassen.
  • Die Batterie 10 umfasst ein Batteriegehäuse 40 mit darin befindlichen Batteriezellen 50, wobei auf eine weitere Erläuterung hier verzichtet werden soll, da der grundsätzliche Aufbau einer solchen Batterie bekannt ist. In der Batterie 10 ist eine Hitzeentwicklung bzw. Feuer oder auch eine damit verbundene Explosion mit dem Bezugszeichen 60 symbolisch dargestellt, was zum Beispiel durch einen elektrischen Kurzschluss zwischen den Batteriezellen 50 entstehen kann.
  • Durch das Bezugszeichen 70 ist sich in Richtung auf die Hitzeschutzvorrichtung 20 ausbreitende Hitze angedeutet, welche durch das Batteriegehäuse 40 dringt. Dabei kann es nicht nur Hitze in Form von Abstrahlung sein, sondern auch Flammen, welche sich durch die Hitze verursachte Öffnungen im Batteriegehäuse 40 hindurch auf die Hitzeschutzvorrichtung 20 erstrecken.
  • Die Hitzeschutzvorrichtung 20 umfasst ein schaumartiges Material, welches erst bei Einwirkung von Hitze und/oder Flammen 70 aktiviert wird, d.h. das schaumartige Material vergrößert dann sein Volumen und bildet somit eine für Hitze und/oder Feuer undurchdringbare Barriere. Somit können, wie in 1 dargestellt ist, in der Nähe der Batterie 10 befindliche Fahrzeug-Komponenten vor einer Beschädigung geschützt werden.
  • Obwohl in 1 die Hitzeschutzvorrichtung 20 symbolisch als sich geradlinig erstreckende Vorrichtung dargestellt ist, kann die Hitzeschutzvorrichtung 20 die Batterie 10 natürlich auch ganz oder teilweise umgeben, und beispielsweise an Außenflächen des Batteriegehäuses 40 angebracht sein. Dabei muss die Hitzeschutzvorrichtung 20 die Außenflächen des Batteriegehäuses 40 nicht vollständig bedecken, sondern kann beispielsweise in einem unteren Bereich des Batteriegehäuses 40 angebracht sein. Bei einer Hitzeeinwirkung auf die Hitzeschutzvorrichtung 20 wird diese dann aktiviert, d.h. das Volumen der Hitzeschutzvorrichtung 20 vergrößert sich, so dass die gesamte Batterie 10 abgedeckt ist und Hitze bzw. Feuer nicht nach außen dringen kann. Es ist aber auch denkbar, dass die Hitzeschutzvorrichtung 20 beabstandet von der Batterie 10 angeordnet ist.
  • Das Material der Hitzeschutzvorrichtung 20 kann auch die Eigenschaft aufweisen, bei einer Aktivierung Sauerstoff aus der Umgebung der Hitzeschutzvorrichtung zu entziehen, um so beispielsweise ein Feuer in der Batterie 10 zu "ersticken".
  • 2 zeigt schematisch die gleiche relative Anordnung wie in 1, d.h. eine Batterie 10 mit einem Batteriegehäuse 40 und darin befindlichen Batteriezellen 50, eine Hitzeschutzvorrichtung 20 sowie als Block 30 dargestellte Komponenten bzw. Bauteile eines Fahrzeuges. Der Unterschied besteht darin, dass sich eine Hitze bzw. Feuer 60 durch ein fehlerhaftes Bauteil entwickelt, d.h. nicht in der Batterie 10, und bei In-Kontakt-Kommen bzw. Einwirken auf die Hitzeschutzvorrichtung 20, angedeutet durch Pfeile 70, die Hitzeschutzvorrichtung 20 aktiviert wird, d.h., wie oben bereits erläutert, ihr Volumen vergrößert, so dass die Batterie 10 von Hitze bzw. Feuer abgeschottet wird. Auch in diesem Fall kann eine Anordnung bzw. Ausgestaltung der Hitzeschutzvorrichtung den Erfordernissen, beispielsweise hinsichtlich des Platzbedarfs, entsprechend ausgestaltet sein.
  • 3 zeigt nun schematisch eine Ausführungsform, bei der eine Batterie 10 beispielsweise über eine Kühlleitung 80 mit einer entsprechenden Kühleinrichtung 90 fluidisch verbunden ist, welche in der 3 in einem Block 30 angeordnet dargestellt ist, welcher lediglich aus Darstellungsgründen so gezeigt ist, um die Darstellung des Vorhandenseins mehrerer Komponenten zu vereinfachen. In dem Block 30 können sich, wie oben bereits dargelegt ist, auch weitere Komponenten bzw. Bauteile befinden. Anstelle einer Kühlleitung 80 ist auch eine elektrische Verbindung vorstellbar.
  • Wenn nun in der Batterie 10 und/oder in einer Komponente im Block 30 eine Hitze und/oder Feuer 60 bzw. 60' entsteht, und auf die Hitzeschutzvorrichtung 20 einwirken (angedeutet jeweils durch Pfeile 70 bzw. 70'), dann wird die Hitzeschutzvorrichtung 20, welche zwischen Batterie 10 und Block 30 sowie um die elektrische und/oder fluidische Leitung 80 herum angeordnet ist, entsprechend aktiviert, und zwar indem sie ihr Volumen vergrößert, und somit eine Abschottung von Hitze und/oder Feuer 60, 60' für die Batterie 10 bzw. die Komponenten in Block 30 bildet. Auch in diesem Fall kann sich eine Anordnung bzw. räumliche Ausgestaltung der Hitzeschutzvorrichtung 20 nach den zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen, z.B. in einem Kraftfahrzeug, richten.
  • Es sei noch bemerkt, dass es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein zu Lande und/oder zu Wasser und/oder in der Luft betreibbares Kraftfahrzeug handeln kann, welches wenigstens eine Batterie, wie oben erwähnt, umfasst.
  • Abschließend sei noch bemerkt, dass die in den 1 bis 3 dargestellten Dimensionen nicht maßstabsgetreu sind.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Reduzieren einer Ausbreitung von Hitze (60, 60') in Bezug auf eine Batterie (10) mittels einer Hitzeschutzvorrichtung (20), wobei die Hitzeschutzvorrichtung (20) derart ausgebildet ist, eine Ausbreitung von sich entwickelnder Hitze (60, 60') ausgehend von und/oder sich ausbreitend hin zu der Batterie (10) zu reduzieren, wobei eine Funktion der Hitzeschutzvorrichtung (20) zum Reduzieren der Hitze-Ausbreitung erst bei einem In-Kontakt-Kommen der Hitzeschutzvorrichtung (20) mit der Hitze (60, 60') aktiviert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hitzeschutzvorrichtung (20) ein Material umfasst, welches bei dem In-Kontakt-Kommen mit Hitze (60, 60') sein Volumen um ein Mehrfaches vergrößert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hitzeschutzvorrichtung (20) wenigstens teilweise die Batterie (10) umgibt, und zwar sowohl in einem nicht-aktivierten Zustand der Hitzeschutzvorrichtung (20) als auch in einem aktivierten Zustand der Hitzeschutzvorrichtung (20).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hitzeschutzvorrichtung (20) im aktivierten Zustand eine Ausbreitung von Hitze (60, 60'), in einer Richtung von der Batterie (10) ausgehend, auf in der Nähe der Batterie (10) befindliche elektrische und/oder elektronische und/oder mechanische und/oder chemische Komponenten (30) reduziert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hitzeschutzvorrichtung (20) im aktivierten Zustand eine Ausbreitung von Hitze (60, 60'), in einer Richtung zu der Batterie (10), von in der Nähe der Batterie (10) befindlichen elektrischen und/oder elektronischen und/oder mechanischen und/oder chemischen Komponenten (30) ausgehend reduziert.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hitzeschutzvorrichtung (20) im aktivierten Zustand ihrer Umgebung Sauerstoff entzieht.
  7. Hitzeschutzvorrichtung für eine Batterie, welche für eine Ausführung der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 bis 6 ausgebildet ist, wobei die Hitzeschutzvorrichtung (20) in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, welches mit wenigstens einer Batterie (10) betreibbar ist.
  8. Hitzeschutzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Kraftfahrzeug ein Hybrid- und/oder Elektro-Fahrzeug ist.
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