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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul, welches mindestens zwei Batteriezellen umfasst, welche jeweils ein Entgasungselement aufweisen, über welchem ein luftdichter Entgasungskanal angeordnet ist, welcher eine Verschlussklappe aufweist.
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Stand der Technik
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Batteriezellen des Standes der Technik enthalten eine Vielzahl an Sicherheitskomponenten, die dem Schutz der Batteriezellen vor einer Reihe unterschiedlicher Gefahren gewidmet sind. Eine besonders große Gefahr für die Batteriezellen des Standes der Technik stellt das Phänomen des sogenannten „thermal runaway“ dar, welches im Deutschen als „thermisches Durchgehen“ bekannt ist. Unter diesem versteht man die Überhitzung der Batteriezellen aufgrund eines sich selbst verstärkenden, Wärme produzierenden Prozesses innerhalb der Batteriezellen. Insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen sind aufgrund der in ihnen stattfindenden chemischen Prozesse anfällig für thermisches Durchgehen, welches in mehreren Phasen voranschreitet. Hohe Ströme, eine Überladung, zellinterne Kurzschlüsse aufgrund von Fertigungsfehlern und/oder hohe externe Temperaturen führen zu einer Überhitzung innerhalb einer Batteriezelle. Solche Überhitzungen führen zu der Ablösung einer dünnen, die Anode der Batteriezelle schützenden Elektrolytschicht, welche die Anode im unbeschädigten Zustand der Batteriezelle überdeckt. Die Ablösung der schützenden Elektrolytschicht von der Anode führt wiederum zu einer exothermen Reaktion des Elektrolyten innerhalb der Batteriezelle mit der Oberfläche der dann ungeschützten Anode. Durch diese exotherme Reaktion steigt die Temperatur in der Batteriezelle weiter an. Die dadurch entstehende Hitze zersetzt den Elektrolyten der Batteriezelle in seine organischen Bestandteile, wodurch leicht entflammbare Gase wie Ethan, Methan oder Kohlenwasserstoff innerhalb der Batteriezelle freigesetzt werden. Durch diese Gase steigt der Druck innerhalb der Batteriezelle stark an.
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Aus diesem Grund weisen die Batteriezellen des Standes der Technik insbesondere dann, wenn sie in einem sogenannten Hardcase, also einem Hartschalen-Gehäuse verbaut sind, Entgasungselemente, wie beispielsweise Entgasungsventile oder Berstmembranen auf, welche dazu ausgebildet sind, innerhalb der Batteriezellen entstehende Gase bei Vorliegen eines vorbestimmten Gasdruckes aus selbigen abzulassen. Batteriemodule, welche mehrere solcher Batteriezellen umfassen, weisen ferner sogenannte Entgasungskanäle auf, welche meist horizontal verlaufend, über den Entgasungselementen angeordnet sind und die Entgasungselemente meist luftdicht oder zur Umgebungsluft geöffnet verbinden. Beispielsweise ist aus der
US 7,504,175 B2 eine Batterie mit einer Vielzahl von Batteriezellen bekannt, wobei die Batterie eine Abdeckung aufweist, über welche die Batteriezellen verschlossen sind und wobei an die Abdeckung ein Entgasungskanalsystem gekoppelt ist, in welchem aus beschädigten Batteriezellen entströmende Gase aufgefangen werden.
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Über solche Entgasungskanäle sind die Entgasungselemente der Batteriezellen also miteinander verbunden, sodass im Falle des Berstens des Entgasungselementes einer thermisch durchgehenden Batteriezelle das aus dieser entströmende Gas in den Entgasungskanal entweicht. Ab einer bestimmten Gasmenge, die im Entgasungskanal zugegen ist, kann der Gasdruck in diesem so stark sein, dass die Entgasungselemente von intakten Batteriezellen, in welchen zuvor kein Überdruck vorlag, aufgrund des Drucks von außen zerstört werden. Das Gas aus dem Entgasungskanal beziehungsweise aus der thermisch durchgegangenen Batteriezelle kann dann in die vormals intakten Batteriezellen eindringen, in diesen zu Überdrücken führen und so eine Kaskade von Entgasungen oder sogar Explosionen im Batteriemodul auslösen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul zur Verfügung gestellt, welches mindestens zwei Batteriezellen umfasst, welche jeweils in einem Batteriezellengehäuse angeordnet sind. Je Batteriezelle weist das Batteriemodul ein Entgasungselement auf, welches jeweils innerhalb des zugehörigen Batteriezellengehäuses angeordnet und dazu ausgebildet ist, innerhalb der jeweiligen Batteriezelle entstehende Gase bei Vorliegen eines vorbestimmten Gasdruckes aus der Batteriezelle abzulassen. Ferner weist das Batteriemodul einen luftdichten Entgasungskanal auf, welcher über den Entgasungselementen der Batteriezellen angeordnet ist, wobei durch die Entgasungselemente der Batteriezellen abgelassene Gase in den Entgasungskanal entweichen. Erfindungsgemäß ist innerhalb des Entgasungskanals zwischen den Entgasungselementen eine Verschlussklappe angeordnet, welche den Entgasungskanal in einem ersten Zustand in eine erste und eine zweite luftdichte, den Batteriezellen jeweils zuordenbare Kammer unterteilt.
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In einem derart ausgeführten Batteriemodul ist der Entgasungskanal in verschiedene, luftdichte Bereiche unterteilt, was eine Erhöhung der Sicherheit des Batteriemoduls möglich macht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedem Entgasungselement mindestens eine Verschlussklappe zugeordnet. In einer ferner bevorzugten Ausführungsform ist jeder Batteriezelle des Batteriemoduls mindestens eine Verschlussklappe zugeordnet.
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Bevorzugt ist die Verschlussklappe dazu ausgebildet, durch das Vorliegen eines vorbestimmten Überdrucks innerhalb der ersten Kammer gegenüber der zweiten Kammer in einen zweiten Zustand überführt zu werden, in welchem die Verschlussklappe das Entgasungselement, welches innerhalb der zweiten Kammer liegt, luftdicht abdeckt. In einer derartigen Ausführungsform ist die intakte Batteriezelle auf einfache Weise besonders gut geschützt. Tritt aus einer Batteriezelle, in der sich aufgrund von chemischen Reaktionen innerhalb derselben ein Überdruck gebildet hat, Gas aus, und führt dieses Gas in der ersten Kammer gegenüber der zweiten Kammer zu dem Vorliegen eines vorbestimmten Überdrucks, so drückt dieses Gas die Verschlussklappe in den zweiten Zustand, in welchem sie das in der zweiten Kammer liegende Entgasungselement luftdicht abdeckt. Dadurch ist das in der zweiten Kammer liegende Entgasungselement vor einem Eindringen von Gas aus dem Entgasungskanal in die zugehörige Batteriezelle geschützt.
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Außerdem wird so der Entgasungskanal für die entgasende Batteriezelle freigegeben, so dass das Gas über den Entgasungskanal nach außen transportiert werden kann.
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Vorzugsweise ist die Verschlussklappe im ersten Zustand über ein erstes und ein zweites Verbindungsmittel an den Innenwänden des Entgasungskanals befestigt, wobei das erste Verbindungsmittel elastisch ist, während das zweite Verbindungsmittel unelastisch und dazu ausgelegt ist, bei Vorliegen des vorbestimmten Überdrucks innerhalb der ersten Kammer gegenüber der zweiten Kammer zu bersten. Zum einen ist dadurch gewährleistet, dass die Verschlussklappe erst bei Vorliegen des vorbestimmten Überdrucks in der ersten Kammer, also mit dem Bersten des zweiten Verbindungsmittels, in den zweiten Zustand überführt wird, das heißt, auf das in der zweiten Kammer liegende Entgasungselement gedrückt wird. Zum Anderen wird die Verschlussklappe über das erste, elastische Verbindungsmittel sicher in die Position über dem Entgasungselement geführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist innerhalb des Entgasungskanals mindestens eine Haltenase angeordnet, in welche die Verschlussklappe im zweiten Zustand zur Fixierung über dem in der zweiten Kammer liegenden Entgasungselement einrastbar ist. Eine solche Haltenase ermöglicht ein einfaches Einrasten der Verschlussklappe über dem Entgasungselement im zweiten Zustand.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verschlussklappe eine erste Aussparung auf, in welche die mindestens eine Haltenase im zweiten Zustand zur Fixierung über dem in der zweiten Kammer liegenden Entgasungselement einrastbar ist. Dadurch ist eine sicherere Überführung der Verschlussklappe von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand möglich.
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Ferner bevorzugt weist das Batteriemodul mindestens eine weitere Haltenase auf, welche zwischen der Haltenase und der Verschlussklappe innerhalb des Entgasungskanals angeordnet ist, wobei die Verschlussklappe ferner eine zweite Aussparung aufweist, durch welche die mindestens eine weitere Haltenase hindurchführbar ist. Besonders bevorzugt ist die weitere Haltenase bei der Überführung der Verschlussklappe von dem ersten in den zweiten Zustand durch die zweite Aussparung hindurchführbar, ohne dass die weitere Haltenase in Berührung mit der Verschlussklappe kommt. Durch die zweite Aussparung stört die weitere Haltenase nicht bei der Überführung der Verschlussklappe von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand. Die weitere Haltenase kann innerhalb des Entgasungskanals vorgesehen sein, um ein Mittel zur Halterung einer weiteren Verschlussklappe bereitzustellen, welche die Haltenase und die weitere Haltenase zwischen sich und der Verschlussklappe liegen hat, und welche innerhalb des Entgasungskanals angeordnet ist. Diese weitere Verschlussklappe kann dann ebenfalls eine zweite Aussparung aufweisen und im Falle der Überführung von einem ersten in einen zweiten Zustand in die weitere Haltenase einrastbar sein.
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Bevorzugt sind innerhalb des Entgasungskanals je Entgasungselement zwei Haltenasen angeordnet, in welche innerhalb des Entgasungskanals angeordnete Verschlussklappen einrastbar sind. Auf diese Weise können unmittelbar links oder rechts von einem Entgasungselement angeordnete Verschlussklappen im zweiten Zustand über diesem Entgasungselement einrasten. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind in einer bevorzugten Ausführungsform jeder Batteriezelle jeweils zwei innerhalb des Entgasungskanals angeordnete Haltenasen zugeordnet, in welche die dem Entgasungselement einer jeweiligen Batteriezelle benachbarten Verschlussklappen im zweiten Zustand einrasten können.
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Bevorzugt weist der Entgasungskanal mindestens ein Druckausgleichselement auf, welches dazu ausgebildet ist, den Entgasungskanal im zweiten Zustand bei Vorliegen eines vorbestimmten Gasdrucks innerhalb des Entgasungskanals zur Atmosphäre zu öffnen. Dadurch kann verhindert werden, dass sich innerhalb des Entgasungskanals ein Überdruck gegenüber der Atmosphäre ausbildet, welcher zu einem unkontrollierten Bersten des Entgasungskanals führen könnte. Damit ist die Sicherheit des Batteriemoduls abermals erhöht.
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Vorzugsweise ist das Druckausgleichselement als über eine Feder mit der Innenwand des Entgasungskanals verbundener Kolben ausgeführt, wobei der Kolben an die Form des Entgasungskanals angepasst ist und die Feder in Abhängigkeit von dem auf den Kolben wirkenden Gasdruck zusammengedrückt wird, wodurch bei Vorliegen des vorbestimmten Gasdrucks innerhalb des Entgasungskanals eine Öffnung im Entgasungskanal freigelegt wird. Damit ist ein reversibles Druckausgleichselement realisiert, über welches der Druck innerhalb des Entgasungskanals stets auf einen über die Federstärke voreinstellbaren oder voreingestellten Wert geregelt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Druckausgleichselement an einem ersten und/oder einem zweiten Ende des Entgasungskanals angeordnet. Dies erhöht die Sicherheit des Batteriemoduls abermals.
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Vorzugsweise ist der Entgasungskanal als ein elektrisch von den Batteriezellen isolierter Bestandteil des Batteriemoduls ausgeführt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die innerhalb des Batteriemoduls verbauten Batteriezellen nicht durch den Entgasungskanal beziehungsweise durch Komponenten desselben kurzgeschlossen werden.
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Bevorzugt sind die Entgasungselemente als Entgasungsventile und/oder Berstmembranen ausgeführt.
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Ferner wird eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul bereitgestellt, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt ist. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.
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Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul bereitgestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls mit Verschlussklappen,
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2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls mit Verschlussklappen und Druckausgleichselementen,
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3 eine Darstellung der Funktionsweise des Entgasungskanals eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls,
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4 eine Ausführungsform einer Verschlussklappe eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls im ersten Zustand, und
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5 eine Ausführungsform einer Verschlussklappe eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls im zweiten Zustand.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 mit Verschlussklappen 10 dargestellt, welches in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft vier direkt nebeneinander angeordnete und parallel zueinander ausgerichtete Batteriezellen 50 aufweist. Die Batteriezellen 50 sind jeweils in einem Batteriezellengehäuse 40 angeordnet, welche in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft eine prismatische Form aufweisen. Je Batteriezelle 50 weist das erfindungsgemäße Batteriemodul 60 ein Entgasungselement 30 auf, welches jeweils innerhalb des zugehörigen Batteriezellengehäuses 40 angeordnet und dazu ausgebildet ist, innerhalb der jeweiligen Batteriezelle 50 entstehende Gase bei Vorliegen eines vorbestimmten Gasdruckes aus der Batteriezelle 50 abzulassen. Mit anderen Worten ausgedrückt, weisen die Batteriezellen 50 des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 jeweils ein Entgasungselement 30 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft jeweils innerhalb der oberen Abdeckung der Batteriezellen 50 angeordnet sind. Ferner weist das erfindungsgemäße Batteriemodul 60 einen luftdichten Entgasungskanal 20 auf, welcher über den Entgasungselementen 30 der Batteriezellen 50 angeordnet ist, wobei durch die Entgasungselemente 30 der Batteriezellen 50 abgelassene Gase in den Entgasungskanal 20 entweichen. In diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 ist innerhalb des Entgasungskanals 20 jeweils zwischen den Entgasungselementen 30 eine Verschlussklappe 10 angeordnet, welche den Entgasungskanal 20 in einem ersten Zustand in eine erste und drei zweite luftdichte, den Batteriezellen 50 jeweils zuordenbare Kammern 1, 2 unterteilt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Entgasungskanal 20 in einem ersten Zustand also durch rein beispielhaft drei Verschlussklappen 10 in eine erste Kammer 1 und drei zweite Kammern 2 unterteilt. Dabei ist jeweils also entweder eine erste oder eine zweite Kammer 1, 2 einem Entgasungselement 30 einer Batteriezelle 50 zuordenbar. Allerdings ist die Anzahl von drei Verschlussklappen 10 in diesem Ausführungsbeispiel lediglich rein beispielhaft gewählt. Es können beispielsweise auch erfindungsgemäße Batteriemodule 60 mit nur einer Verschlussklappe 10 ausgeführt sein, die beispielsweise bei einem zwei Batteriezellen 50 umfassenden Batteriemodul 60 zwischen den Entgasungselementen 30 der beiden Batteriezellen 50 innerhalb des Entgasungskanals 20 angeordnet ist. Ein solcher Entgasungskanal 20 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 ist im ersten Zustand durch die Verschlussklappe 10 lediglich in eine erste Kammer 1 und eine zweite Kammer 2 unterteilt. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriemodule 60 mit (n) Batteriezellen 50 und einem Entgasungskanal 20 realisiert werden, wobei innerhalb des Entgasungskanals 20 (n – 1) Verschlussklappen 10 angeordnet sind, die den Entgasungskanal 20 im ersten Zustand in eine erste Kammer 1 und (n – 1) zweite Kammern 2 unterteilen. Ferner können auch erfindungsgemäße Batteriemodule 60 realisiert sein, in welchen jeder Batteriezelle 50 mindestens eine innerhalb des Entgasungskanals 20 angeordnete Verschlussklappe 10 zugeordnet ist. Der erste Zustand beschreibt dabei denjenigen Zustand des Batteriemoduls 60, in welchem alle Entgasungselemente 30 der Batteriezellen 50 des Batteriemoduls 60 intakt sind, also in dem aus keiner der Batteriezellen 50 des Batteriemoduls 60 Gas in den Entgasungskanal 20 entweicht.
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In diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 sind innerhalb des Entgasungskanals 20 rein beispielhaft je Entgasungselement 30 doppelte Haltenasen 3 angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind in diesem Ausführungsbeispiel je Batteriezelle 50 zwei Haltenasen 3, jeweils eine unmittelbar links und eine unmittelbar rechts von dem Entgasungselement 30 einer Batteriezelle 50, innerhalb des Entgasungskanals 20 angeordnet, in welche die dem jeweiligen Entgasungselement 30 benachbarten Verschlussklappen 10 im zweiten Zustand zur Fixierung über dem in der zweiten Kammer 2 liegenden Entgasungselement 30 sicher einrastbar sind.
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Durch das Einrasten jeweils einer der dem Entgasungselement 30 unmittelbar benachbarten beziehungsweise zugeordneten Verschlussklappen 10 in eine der beiden jeweils links und rechts von dem jeweiligen Entgasungselement 30 angeordneten, also zu dem jeweiligen Entgasungselement 30 benachbarten Haltenasen 3 im zweiten Zustand, wird das jeweils zugehörige Entgasungselement 30 luftdicht abgedichtet beziehungsweise verschlossen. Dabei rastet eine der einem Entgasungselement 30 zugehörigen beziehungsweise unmittelbar benachbarten Verschlussklappen 10 jeweils in die, von dieser Verschlussklappe 10 ausgehend betrachtet, übernächste Haltenase 3 ein, welche auf der anderen beziehungsweise gegenüberliegenden Seite des Entgasungselementes 30 angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann beispielsweise eine unmittelbar links von einem Entgasungselement 30 angeordnete Verschlussklappe 10 in die unmittelbar rechts von diesem Entgasungselement 30 angeordnete Haltenase 3 einrasten.
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Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriemodule 60 realisiert werden, in deren Entgasungskanal 20 lediglich eine Haltenase 3 oder weniger oder mehr Haltenasen 3, als in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben, angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Entgasungskanal 20 ferner rein beispielhaft zwei Öffnungen 11 auf, über welche aus den Batteriezellen 50 in die Äußeren der zweiten Kammern 2 des Entgasungskanals 20 entweichende Gase aus dem Entgasungskanal 20 in die Atmosphäre beziehungsweise die Umgebungsluft geleitet werden.
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Ferner sind die Verschlussklappen 10 im ersten Zustand in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft über ein erstes und ein zweites Verbindungsmittel 5, 6 an den Innenwänden des Entgasungskanals 20 befestigt, wobei die ersten Verbindungsmittel 5 jeweils elastisch sind, während die zweiten Verbindungsmittel 6 jeweils unelastisch und dazu ausgelegt sind, bei Vorliegen eines vorbestimmten Überdrucks innerhalb der ersten Kammer 1 gegenüber den zweiten Kammern 2 zu bersten. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die zweiten Verbindungsmittel 6, mit welchen die Verschlussklappen 10 an den Innenwänden des Entgasungskanals 20 befestigt sind, dazu ausgebildet, bei einem vorbestimmten Überdruck, welcher innerhalb der ersten Kammer 1 gegenüber den zweiten Kammern 2 des Entgasungskanals 20 vorliegt, zu bersten, zu reißen beziehungsweise zu brechen.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 mit Verschlussklappen 10 und Druckausgleichselementen 19 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 handelt es sich im Wesentlichen um das in 1 dargestellte. Die gleich bezeichneten Komponenten in der 2 entsprechen also jenen des Ausführungsbeispiels der 1, sodass das in der Beschreibung zu der 1 Geschriebene bezüglich dieser Komponenten auch auf das Ausführungsbeispiel der 2 zu übertragen ist. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Batteriemoduls 60 innerhalb des Entgasungskanals 20 rein beispielhaft zwei Druckausgleichselemente 19 auf, welche dazu ausgebildet sind, den Entgasungskanal 20 im zweiten Zustand bei Vorliegen eines vorbestimmten Gasdrucks innerhalb des Entgasungskanals 20 zur Atmosphäre beziehungsweise zur Umgebungsluft zu öffnen. Allerdings können auch erfindungsgemäße Batteriemodule 60 mit lediglich einem oder mehr als zwei Druckausgleichselementen 19 ausgeführt werden, welche den Entgasungskanal 20 im zweiten Zustand bei Vorliegen eines vorbestimmten Gasdrucks beziehungsweise vorbestimmten Überdrucks zur Atmosphäre öffnen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Druckausgleichselemente 19 als über jeweils eine Feder 13 mit der Innenwand beziehungsweise den Innenwänden des Entgasungskanals 20 verbundene Kolben 14 ausgeführt, wobei die Kolben 14 an die Form des Entgasungskanals 20 angepasst sind und die Federn 13 in Abhängigkeit von dem auf die Kolben 14 wirkenden Gasdruck zusammengedrückt werden, wodurch bei Vorliegen des vorbestimmten Gasdrucks innerhalb des Entgasungskanals 20 die Öffnungen 11 im Entgasungskanal 20 freigelegt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, weisen die Kolben 14 eine Form auf, die auf die Form des Entgasungskanals 20 abgestimmt ist, sodass die Kolben 14 den Entgasungskanal 20 ausfüllen, jedoch noch mit geringem Spiel innerhalb des Entgasungskanals 20 entlang des Entgasungskanals 20 vor und zurück bewegt werden können. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Druckausgleichselemente 19 rein beispielhaft an einem ersten und einem zweiten Ende 16, 17 des Entgasungskanals 20 angeordnet. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriemodule 60 realisiert werden, in welchen die Druckausgleichselemente 19 anders als über an Federn 13 befestigte Kolben 14 ausgeführt sind, welche auch nicht am ersten beziehungsweise am zweiten Ende 16, 17 des Entgasungskanals 20 angeordnet sein müssen.
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3 zeigt eine Darstellung der Funktionsweise des Entgasungskanals 20 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60. Genauer ausgedrückt ist in 3 das in 2 dargestellte und vorhergehend beschriebene Ausführungsbeispiel in drei verschiedenen Stadien gezeigt. Oben in 3 ist das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 im ersten Zustand, kurz vor dem Beginn des Übergangs in den zweiten Zustand gezeigt. Bildet sich in einer der Batteriezellen 50 des Batteriemoduls 60, beispielsweise aufgrund von thermischem Durchgehen dieser Batteriezelle 50, ein Überdruck, wie es in 3 beispielsweise für die zweite Batteriezelle 50 von links dargestellt ist, so berstet bei Vorliegen eines vorbestimmten Gasdrucks innerhalb der betroffenen Batteriezelle 50 das Entgasungselement 30 derselben, welches in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als Berstmembran ausgeführt ist. In der Folge strömt aus der betroffenen, sodann defekten Batteriezelle 50 Gas in die erste Kammer 1 des Entgasungskanals 20, was in 3 durch Pfeile angedeutet ist. Durch die zunehmende Gasmenge innerhalb der ersten Kammer 1 steigt der Druck auf die die erste Kammer 1 luftdicht von den zweiten Kammern 2 trennenden Verschlussklappen 10 sowie auf die in weiteren zweiten Kammern 2 liegenden Verschlussklappen 10 und Druckausgleichselemente 19, was ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist.
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Steigt der Gasdruck innerhalb der ersten Kammer 1 soweit an, dass dieser einen vorbestimmten Überdruck gegenüber den zweiten Kammern 2 des Entgasungskanals 20 übersteigt, bersten die zweiten Verbindungsmittel 6 und werden die Verschlussklappen 10 von dem aus der ersten Kammer 1 entweichenden Gas, geführt durch die ersten Verbindungsmittel 5, in den zweiten Zustand, über die Entgasungselemente 30 der anliegenden beziehungsweise benachbarten Batteriezellen 50 gedrückt. Dies ist in der mittleren und unteren Darstellung von 3 gezeigt. Unten in der 3 ist das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 im zweiten Zustand dargestellt. Durch das aus der ersten Kammer 1 unter hohem Druck entweichende Gas wurden die Verschlussklappen 10 auf die Entgasungselemente 30 der angrenzenden Batteriezellen 50 gedrückt, wo sie in die jeweiligen Haltenasen 3 eingeschnappt sind und die jeweiligen Entgasungselemente 30 nun luftdicht abdecken. Steigt der Gasdruck innerhalb des Entgasungskanals 20 aufgrund des fortlaufend aus der defekten Batteriezelle 50 entströmenden Gases weiter an, so erhöht sich der Gasdruck auf die Kolben 14 der Druckausgleichselemente 19. Durch diesen Druck werden die an den Kolben 14 befestigten Federn 13 zunehmend gestaucht beziehungsweise zusammengedrückt. Ab einem vorbestimmten Gasdruck innerhalb des Entgasungskanals 20 werden die Federn 13 soweit gestaucht, dass die Öffnungen 11 im Entgasungskanal 20 freigelegt werden, durch welche das innerhalb des Entgasungskanals 20 enthaltene Gas entweichen kann. Der vorbestimmte Gasdruck, ab welchem die Öffnungen 11 freigelegt werden, kann beispielsweise über die Wahl der Federstäken der Federn 13 eingestellt werden. Somit kann verhindert werden, dass innerhalb des Batteriemoduls 60, also innerhalb der in diesem enthaltenen Batteriezellen 50 beziehungsweise innerhalb des Entgasungskanals 20 enthaltende Gase zu einer unkontrollierten Explosion des Batteriemoduls 60 oder einzelner Komponenten desselben führen.
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In allen Ausführungsbeispielen ist die Anzahl von vier Batteriezellen 50 rein beispielhaft gewählt. Es können auch erfindungsgemäße Batteriemodule 60 mit lediglich zwei, drei oder mehr als vier Batteriezellen 50 realisiert sein, welche auch nicht in prismatisch geformten Batteriezellengehäusen 40 angeordnet sein müssen. Ferner ist in allen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Entgasungskanal 20 als ein elektrisch von den Batteriezellen 50 isolierter Bestandteil des Batteriemoduls 60 ausgeführt. Ein solcher Bestandteil kann rein beispielhaft innerhalb einer Batteriemodulabdeckung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 realisiert sein. Der Entgasungskanal 20 kann aber auch samt der in ihm enthaltenen Komponenten als separates Element mit dem Batteriemodul 60 verbunden sein. In allen Ausführungsbeispielen dient die Unterscheidung zwischen ersten und zweiten Kammern 1, 2 lediglich der Orientierung. Technisch unterscheiden sich erste und zweite Kammern 1, 2 nicht voneinander. Es kann also natürlich auch zu dem Bersten von einem Entgasungselement 20 kommen, welches in einer zweiten Kammer 2 angeordnet ist. Die Funktionsweise des Entgasungskanals 20 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 mit den in diesem angeordneten Komponenten ist dann analog zu der oben beschriebenen. Des Weiteren sind die Entgasungskanäle 20 in allen Ausführungsbeispielen rein beispielhaft über Dichtungen 18 elektrisch von den Batteriezellen 50 isoliert. Dies ist, genau wie das Vorhandensein von Druckausgleichselementen 19, Haltenasen 3, sowie mehr als einer Verschlussklappe 10 für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 optional.
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Die 4 zeigt eine Ausführungsform einer Verschlussklappe 10 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 im ersten Zustand, welche hier in einer Frontansicht dargestellt ist. Bei dieser Verschlussklappe 10 handelt es sich rein beispielhaft um eine Verschlussklappe 10, wie sie in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Batteriemodule 60 verbaut sind. Die Verschlussklappe 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel im ersten Zustand über ein erstes und ein zweites Verbindungsmittel 5, 6 an den Innenwänden des Entgasungskanals 20 (nicht dargestellt) befestigt, wobei sich das erste und das zweite Verbindungsmittel 5, 6 in diesem Ausführungsbeispiel über die gesamte Breite der Verschlussklappe 10 erstrecken. Ferner weist die Verschlussklappe 10 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft eine erste Aussparung 4 auf, in welche die mindestens eine Haltenase 3 im zweiten Zustand zur Fixierung über dem in der zweiten Kammer 2 liegenden Entgasungselement 30 einrastbar ist. Des Weiteren weist die Verschlussklappe 10 in diesem Ausführungsbeispiel ferner rein beispielhaft eine zweite Aussparung 7 auf, durch welche eine weitere, im Entgasungskanal 20 angeordnete Haltenase 3 hindurchführbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Aussparung 7 rein beispielhaft größer als die erste Aussparung 4.
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Die 5 zeigt eine Ausführungsform einer Verschlussklappe 10 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 60 im zweiten Zustand. Bei dieser handelt es sich rein beispielhaft um die in 4 beschriebene Verschlussklappe 10. Die gleich bezeichneten Komponenten in der 5 entsprechen also jenen des Ausführungsbeispiels der 4, sodass das in der Beschreibung zu der 4 Geschriebene bezüglich der Verschlussklappe 10 auch auf das Ausführungsbeispiel der 5 zu übertragen ist. In 5 ist die Verschlussklappe 10 im Gegensatz zu 4 im zweiten Zustand, dass heißt im eingerasteten Zustand gezeigt. Dabei ist die Haltenase 3, in welche die Verschlussklappe 10 einrastet, in die erste Aussparung 4 der Verschlussklappe 10 eingerastet, während eine weitere Haltenase 3 durch die zweite Aussparung 7 hindurchgeführt ist, ohne die Verschlussklappe 10 zu berühren beziehungsweise mit den Rändern der Aussparung 7 in Kontakt zu stehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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