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Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie mit mehreren Batterieeinzelzellen und einem Batteriegehäuse nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Batterien aus mehreren Batterieeinzelzellen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie werden beispielsweise als so genannte Hochvoltbatterien ausgebildet, um in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen als Traktionsbatterie eingesetzt zu werden. Eine Hochvoltbatterie, welche gelegentlich auch als Hochleistungsbatterie bezeichnet wird, ist dabei typischerweise aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen aufgebaut, welche beispielsweise in Lithium-Ionen-Chemie ausgeführt sein können. Der Begriff Hochvoltbatterie bzw. Hochspannungsbatterie geht auf die ECE R190 zurück, welche definiert, dass ”Hochspannung” die Spannung ist, für die ein elektrisches Bauteil oder ein Stromkreis ausgelegt ist, dessen Effektivwert der Betriebsspannung mehr als 60 V und weniger als 1500 V (Gleichstrom) oder mehr als 30 V und weniger als maximal 1000 V (Wechselstrom) ist.
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Bei derartigen Hochvoltbatterien, insbesondere wenn diese in Lithium-Ionen-Chemie ausgeführt sind, ist es dabei üblich, dass sowohl in den Batterieeinzelzellen als insbesondere auch im Bereich des Batteriegehäuses eine Ablassöffnung vorhanden ist. Diese Ablassöffnung ist über ein bei Überdruck öffnendes Ventil oder Berstelement so ausgebildet, dass sie bei Überdruck das Innere des Batteriegehäuses mit der Umgebung verbindet. Der Überdruck kann hierdurch abgebaut werden. Insbesondere im Bereich der Batterieeinzelzellen sind dabei so genannte Berstscheiben üblich, welche die Batterieeinzelzelle bei Überdruck öffnen, und sie dabei zerstören. Ein ähnlicher Aufbau ist auch im Bereich des Batteriegehäuses denkbar oder kann durch ein bei Überdruck öffnendes Ventil beispielsweise ein fehlerbelastetes Ventil, welches auch in der Lage ist, wieder zu schließen, ausgestattet sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, lediglich in den Batterieeinzelzellen entsprechend aktiv ansprechende Öffnungen vorzusehen und eine dauerhaft offene Öffnung im Bereich des Batteriegehäuses anzuordnen.
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Für verschiedene Einsatzzwecke, insbesondere beim Einsatz in einem Fahrzeug ist es nun so, dass die Ablassöffnung die im Fehlerfall abgelassenen Stoffe beispielsweise Gase und/oder Elektrolyt bzw. in den abströmenden Gasen zerstäubter Elektrolyt, nicht an jeden beliebigen Ort ablassen kann. Beispielsweise ist ein Ablassen in das Innere des Fahrzeugs höchst kritisch. Im Allgemeinen führen deshalb von der Ablassöffnung Ablassleitungen in einen entsprechenden Bereich der Umgebung, welcher für das Ablassen geeignet erscheint, beispielsweise bei einem Fahrzeug einen Bereich außerhalb des Fahrzeugs, insbesondere einen unter dem Fahrzeug gelegenen Bereich. Die Ablassleitungen sollen dabei einfach, billig und zuverlässig sein, um das Gewicht und die Kosten nicht unnötig zu erhöhen, da sie typischerweise nur im Falle eines gravierenden Fehlers, welcher im Allgemeinen mit einem späteren Austausch der Hochvoltbatterie einhergeht, überhaupt benötigt werden. Im allgemeinen Stand der Technik ist es dabei bekannt, Kunststoffrohre als Ablassleitungen einzusetzen. Die Erfahrung zeigt nun, dass diese Kunststoffrohre hinsichtlich ihrer chemischen und insbesondere ihrer thermischen Beständigkeit relativ kritisch sind und als typischerweise starr ausgebildete Rohre, um durch den relativ hohen Materialanteil an Kunststoff den kritischen Bedingungen überhaupt noch standhalten zu können, die Montage im Produktionsprozess des Fahrzeugs erschweren. Außerdem müssen die Kunststoffrohre kompliziert aufgehängt werden, da sie beispielsweise gegenüber dem Chassis des Fahrzeugs zusammen mit dem Batteriegehäuse schwingen können. Bei einer starren Anbindung wäre eine Beschädigung des Kunststoffs durch die im Betrieb des Fahrzeugs auftretenden Dauerschwingungen möglich. Im kritischen Falle der sich öffnenden Berstelemente der Batterieeinzelzellen könnten bei einem beschädigten Kunststoffrohr Gase und Elektrolyte in unerwünschte Bereiche gelangen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Hochvoltbatterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welche eine verbesserte Ausführungsform hat, und welche insbesondere die genannten Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 4 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist es nun so, dass die Ablassleitung als Wellrohr ausgebildet ist. Ein solches Wellrohr hat dabei den entscheidenden Vorteil, dass es eine hohe Flexibilität aufweist, und so sowohl im Bereich des Batteriegehäuses als auch im Bereich des Fahrzeugchassis entsprechend fest und sicher angebracht werden kann. Auch bei auftretenden Vibrationen oder Verformungen, welche zwischen dem Batteriegehäuse und dem Chassis beispielsweise während des Betriebs eines Fahrzeugs auftreten können, ist beim Einsatz eines Wellrohrs eine ausreichend hohe Flexibilität gegeben. Der Aufbau wird dadurch außerordentlich sicher und zuverlässig und lässt sich durch das bauartbedingt flexible Wellrohr einfach montieren.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist es nun ferner vorgesehen, dass das Wellrohr aus Stahl, und gemäß einer besonders bevorzugten Weiterführung aus Edelstahl hergestellt ist. Ein solches Wellrohr aus Stahl oder insbesondere aus Edelstahl ist dabei besonders resistent gegenüber den thermischen und chemischen Eigenschaften der von ihm im Zweifelsfall geführten Gase und Stoffe. Dies führt zu einem außerordentlich sicheren Aufbau, welcher eine hohe Beständigkeit der Ablassleitung mit einer entsprechend großen Flexibilität derselben kombiniert. Der Aufbau ist einfach in der Montage und ist gleichzeitig, beispielsweise auch beim Einsatz in schwierigen Umgebungsbedingungen, in denen Vibrationen und Verformungen nicht zu verhindern sind, sehr sicher.
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Eine besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie liegt daher in ihrem Einsatz als Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug. Insbesondere in Fahrzeugen treten Vibrationen und Verformungen zwischen dem Fahrzeugchassis und dem Batteriegehäuse sehr häufig auf. Das erfindungsgemäße Wellrohr kann diese ideal abfedern. Der Aufbau ist entsprechend sicher, was insbesondere bei Fahrzeuganwendungen eine hohe Bedeutung hat.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie sowie ihre Verwendung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
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Die einzige beigefügte Figur zeigt ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie.
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In der Darstellung der Figur ist ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug 1 zu erkennen. Es soll in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als reines Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Es wird über einen beispielhaft angedeuteten Elektromotor 2 elektrisch angetrieben. Die elektrische Antriebsleistung stammt dabei aus einer als Hochvoltbatterie ausgebildeten Batterie 3, welche aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen 4 besteht, von welchen nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Rein beispielhaft und in einer an sich bekannten Art und Weise sind die Batterieeinzelzellen dabei als prismatische Batterieeinzelzellen ausgebildet, welche zu einem Stapel von Batterieeinzelzellen in der Batterie 3 aufgestapelt sind. Dieser Stapel der Batterieeinzelzellen 4 wird von einem Batteriegehäuse 5 umgeben. Die elektrische Leistung aus der Batterie wird über eine Leistungselektronik 6 aufbereitet und dem bereits angesprochenen Fahrmotor 2 zur Verfügung gestellt. Anstelle eines rein elektrischen Fahrzeugs 1 könnte das Fahrzeug 1 genauso gut als Hybridfahrzeug oder als Brennstoffzellenfahrzeug mit einer zusätzlichen Batterie 3 ausgebildet sein.
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Die Batterieeinzelzellen 4 der Batterie 3 können nun beispielsweise in Lithium-Ionen-Chemie ausgebildet sein. Insbesondere bei derartigen Batterieeinzelzellen, im Prinzip jedoch bei jeder Art von Batterieeinzelzellen 4 ist es üblich, dass zur Absicherung der Batterieeinzelzellen 4 für den Fall einer Fehlfunktion, eines Kurzschlusses oder einer Überladung Elemente vorgesehen sind, welche die Batterieeinzelzellen 4 mit der Umgebung in dem Batteriegehäuse 5 verbinden, wenn der Druck im Inneren der Batterieeinzelzelle 4 unerwünscht hoch ansteigt. Typischerweise sind diese Öffnungen über Berstelemente verschlossen, welche unter Zerstörung der Batterieeinzelzelle 4 im Falle eines Überdrucks aufreißen. Innerhalb des Batteriegehäuses 2 liegt dann ein erhöhter Druck an, welcher sich durch die aus den Batterieeinzelzellen abgelassenen Gase und gegebenenfalls mitgerissenem, typischerweise zerstäubtem Elektrolyt abbaut. Ein unerwünscht hoher Druck im Batteriegehäuse 5 ist ebenfalls schädlich, sodass in dem Batteriegehäuse 5 typischerweise eine entsprechende Öffnung 7 vorhanden ist, über welche im Falle eines Überdrucks Gas und Medien an die Umgebung abgegeben werden können. Diese Gase und Medien können chemisch hoch aggressiv sein und gegebenenfalls auch eine erhöhte Temperatur aufweisen. Sie sind insbesondere in dem Fahrzeug 1 beispielsweise im Innenraum, in dem die Passagiere sind, höchst unerwünscht und schädlich. Deshalb ist es vorgesehen, dass eine Ablassleitung 8 die Öffnung 7 mit einem entsprechenden Bereich in der Umgebung des Fahrzeugs 1 verbindet, welcher mit den Inhaltsstoffen der Batterie 3, wenn diese aufgrund einer Fehlfunktion und eines dadurch entstehenden Überdrucks abgeblasen werden müssen, vergleichsweise unkritisch belastet werden kann. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies ein Bereich unterhalb des Fahrzeugs 1.
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Um nun einerseits gegen die thermische Belastung und gegen die chemische Belastung der durch die Ablassleitung 8 abgeblasenen Stoffe eine hohe Resistenz aufzuweisen, ist die Ablassleitung 8 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus Edelstahl ausgebildet. Sie ist damit temperaturfest und hochresistent gegenüber den im Notfall abgelassenen Stoffen. Dabei ist die Ablassleitung 8 als Wellrohr ausgebildet, welches bauartbedingt eine relativ hohe Flexibilität ermöglicht. Die Kombination aus dem insbesondere eingesetzten Edelstahl als Werkstoff für das Wellrohr 8 und seiner bauartbedingten Flexibilität ist für den hier beschriebenen Einsatz ideal. Durch die hohe Flexibilität können auftretende Schwingungen oder Verformungen, welche zwischen dem Chassis des Fahrzeugs 1 und der Batterie 3 bzw. ihrem Batteriegehäuse 5 auftreten können, einfach und effizient ausgeglichen werden. Eventuelle Schwingungen und Vibrationen können von dem Wellrohr 8 aufgenommen werden und schädigen dieses nicht. Durch das Wellrohr entsteht ein Aufbau, welcher in der Montage einfach zu realisieren ist, und welcher im Schadensfall der Batterie 3 ideal geeignet ist, Gase und Stoffe gemäß dem in der Ablassleitung 8 angedeuteten Pfeil an die Umgebung abzugeben.
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Die Öffnung 7 kann dabei offen ausgebildet sein, wenn davon ausgegangen wird, dass jede der Batterieeinzelzellen 3 eine entsprechende Berstöffnung oder ein Überdruckventil hat. Zusätzlich kann im Bereich der Öffnung 7 oder auch am anderen Ende der Ablassleitung 8 ein entsprechendes Überdruckventil vorhanden sein, oder ebenfalls eine Berstöffnung. Idealerweise kann außerdem im Bereich der Ablassleitung 8 oder der Öffnung 7 eine Klappe oder dergleichen vorhanden sein, welche das Eindringen von Feuchtigkeit von außen nach innen in das Batteriegehäuse 5 unterbindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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