DE102019008245A1

DE102019008245A1 - Hochvoltbatterie mit einem Batteriegehäuse

Info

Publication number: DE102019008245A1
Application number: DE102019008245.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Ziller; Sebastian Vaupel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2020-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie (1) mit einem Batteriegehäuse (2), welches eine Entgasungsöffnung (5) aufweist, wobei zwischen der Entgasungsöffnung (5) und einer Umgebung (6) ein Partikelabscheider (7) angeordnet ist.Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelabscheider (7) ein Flüssigkeitsbad (11) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie mit einem Batteriegehäuse, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Den gattungsgemäßen Stand der Technik bildet eine Hochvoltbatterie mit einem Batteriegehäuse, wie sie in der DE 10 2013 204 585 A1 beschrieben ist. Die dortige Hochvoltbatterie weist mehrere Batterieeinzelzellen innerhalb eines Batteriegehäuses auf. Im Falle einer Unregelmäßigkeit beim Betrieb kann es zu einem Überdruck in einigen oder allen der Batterieeinzelzellen kommen. Ein eventuell abgeblasener Stoffstrom aus den Batterieeinzelzellen, welcher dort über ein Sicherheitsventil, welches beispielsweise durch ein Zerstören einer Membran öffnet, abgeblasen wird, gelangt dann über eine Entgasungsöffnung, welche auch als Ventingöffnung bezeichnet wird, in die Umgebung. Um den Austrag von Partikeln, und hier sind in der genannten Schrift insbesondere Graphitpartikel genannt, in die Umgebung zu vermeiden, ist ein Partikelabscheider zwischen der Entgasungsöffnung und der Umgebung vorgesehen. Dieser kann beispielsweise in der Art eines Zyklons mit einer Umlenkung des Gasstroms, um die Partikel durch die Fliehkraft abzuscheiden, ausgebildet sein.
Problematisch bei diesem Aufbau ist es, dass immer einige der Partikel auch durch den Partikelabscheider hindurch gelangen können. Handelt es sich dabei um glühende Partikel, dann können diese, nachdem sich das Ventinggas mit dem Sauerstoff der Umgebung vermischt hat, zu einer Selbstentzündung der Ventinggase führen, was ein gravierendes Sicherheitsproblem darstellt.
Aus der JP 2013 161 735 A ist es aus diesem Grund bekannt, über eine Patrone, welche die Ventingstoffströme durchströmen, ein Mittel zuzufügen, welches die Entflammbarkeit des Gemischs reduziert. Ein solches Mittel kann beispielsweise eine Brom- oder Phosphorverbindung sein. Auch Metallhydroxide sind denkbar. Dieses Mittel kann beispielsweise in gasförmiger Form, in flüssiger Form oder in Form von Pulver dem Stoffstrom, welcher aus dem Batteriegehäuse abgeblasen wird, beigemengt werden und verringert die Entzündungsgefahr.
Problematisch ist es dabei, dass verschiedene Stoffe in die Umgebung gelangen, welche dort gegebenenfalls unerwünscht sind, da insbesondere Brom- oder Phosphorverbindungen zu nachteiligen Effekten und nachteiligen Umwelteinflüssen führen können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Hochvoltbatterie mit einem Batteriegehäuse entsprechend dem gattungsgemäßen Aufbau anzugeben, welche möglichst einfach, effizient und emissionsarm zu einer Verbesserung der Sicherheit beiträgt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hochvoltbatterie mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist es, vergleichbar wie im gattungsgemäßen Stand der Technik, vorgesehen, dass diese in einem Batteriegehäuse angeordnet ist, welches eine Entgasungsöffnung, welche auch als Ventingöffnung oder Ventingport bezeichnet wird, aufweist. Zwischen dieser Entgasungsöffnung und der Umgebung der Hochvoltbatterie befindet sich dabei ein Partikelabscheider, vergleichbar wie dies im gattungsgemäßen Stand der Technik der Fall ist. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass dieser Partikelabscheider ein Flüssigkeitsbad aufweist. Ein solcher Partikelabscheider mit einem Flüssigkeitsbad hat den entscheidenden Vorteil, dass die von dem Stoffstrom mitgeführten Partikel in dem Flüssigkeitsbad gebunden und zurückgehalten werden. Insbesondere gilt dies für glühende Partikel, welche in dem Flüssigkeitsbad entsprechend abgekühlt und zurückgehalten werden. Dadurch wird die Gefahr einer Selbstentzündung der abgeblasenen Gase durch in dem Stoffstrom enthaltende glühende Partikel deutlich verringert oder ganz vermieden.
Die eingesetzte Flüssigkeit für das Flüssigkeitsbad ist dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie schwer entflammbar. Dadurch kann sie die Partikel, insbesondere auch glühende Partikel zurückhalten, ohne selbst in Brand zu geraten. Bei der schwer entflammbaren Flüssigkeit kann es sich insbesondere um ein Öl, und hier besonders bevorzugt um ein Trafoöl handeln.
Der Aufbau des Partikelabscheiders kann es gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie vorsehen, dass dieser so aufgebaut ist, dass der durch die Entgasungsöffnung strömende Stoffstrom in dem Partikelabscheider auf die Flüssigkeitsoberfläche des Flüssigkeitsbads zuströmt und dann von dieser aus über eine Abströmöffnung in die Umgebung gelangt. Dadurch kommt es zu einer Richtungsumkehr der Strömung, welche dafür sorgt, dass die Partikel, welche aufgrund ihres Gewichts weniger leicht umgelenkt werden, bis in das Flüssigkeitsbad gelangen, während die Gase quasi an der Oberfläche des Flüssigkeitsbads „reflektiert“ und der Abströmöffnung zugeleitet werden.
Die Abströmöffnung kann dabei gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung dieser Idee auf der der Flüssigkeitsoberfläche abgewandten Seite des Partikelabscheiders angeordnet sein. Hierdurch wird eine sehr gute Abscheidung bei weiterhin kompaktem Aufbau erzielt, welcher sowohl für eine Richtungsumkehr des Stoffstroms als auch für die Absorptions- und Speicherfähigkeit der Flüssigkeit zur Aufnahme von Partikeln, und hier insbesondere von glühenden Partikeln, in dem abströmenden Stoffstrom sorgt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher dargestellt ist.
Die einzige beigefügte Figur zeigt dabei eine Hochvoltbatterie in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung.
In der Darstellung der Figur ist ein schematischer Schnitt durch eine mit 1 bezeichnete Hochvoltbatterie zu erkennen. Diese besteht aus einem Batteriegehäuse 2 und in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Zellblock 3 aus einer Vielzahl von Einzelzellen 4, von welchen hier nur einige beispielhaft mit einem Bezugszeichen versehen sind. Das Batteriegehäuse 2 hat eine Entgasungsöffnung 5, wobei zwischen der Entgasungsöffnung 5 und einer mit 6 bezeichneten Umgebung der Hochvoltbatterie 1 ein Partikelabscheider 7 angeordnet ist. Dieser Partikelabscheider 7 weist ein mit 8 bezeichnetes Leitungselement, oder alternativ dazu Strömungsleitelemente, welche nicht zu einem Leitungselement zusammengefasst sind, auf.
Dieses leitet einen im Falle eines in dem Zellblock 3 auftretenden Überdrucks durch die Entgasungsöffnung 5 abströmenden Stoffstrom 9 in Richtung einer Oberfläche 10 eines Flüssigkeitsbads 11 in den Partikelabscheider 7. In dem Stoffstrom 9 mitgeführte Partikel, welche in der Darstellung der Figur durch kleine Kreuze gekennzeichnet sind, werden mit dem Stoffstrom 9 mitgeführt. Die Partikel können dabei aus Teilen einer defekten Einzelzelle 4 bestehen, und können insbesondere glühende Partikel mit umfassen. Diese gelangen zusammen mit den abgeblasenen Gasen als der gemeinsame Stoffstrom 9 nun in den Partikelabscheider 7 und werden durch das Leitungselement 8 oder vergleichbar wirkende Leitelemente direkt auf die Oberfläche 10 des Flüssigkeitsbads 11 zugeleitet. Die Partikel gelangen dann in die Flüssigkeit und werden in dieser festgehalten und, im Falle glühender Partikel gegebenenfalls auch auf eine Temperatur abgekühlt, bei welcher diese nicht mehr glühen. Das Gas in dem Stoffstrom 9 wird an der Oberfläche 10 des Flüssigkeitsbads 11 im Wesentlichen umgelenkt und gelangt über eine Abströmöffnung 12, welche der Flüssigkeitsoberfläche 10 gegenüber in dem Partikelabscheider 7 angeordnet ist, in die Umgebung. Der Gasstrom ist mit 13 bezeichnet.
Ohne glühende Partikel in dem Gasstrom 13 kann dieser sich relativ gefahrlos mit der Luft in der Umgebung 6 der Hochvoltbatterie 1 entsprechend vermischen und so auf eine unschädliche Konzentration von eventuell enthaltenen schädlichen Stoffen verdünnt werden. Anders als wenn glühende Partikel aus dem Stoffstrom 9 noch in dem Gasstrom 13 enthalten wären, kann trotz der Vermischung mit der Luft und dem darin enthaltenen Sauerstoff keine Selbstentzündung auftreten. Der Partikelabscheider 7 in dem Flüssigkeitsbad 11 vermindert dadurch die Gefahr einer Selbstentzündung der abgeblasenen Gase 13 deutlich oder kann eine solche Gefahr sogar gänzlich ausschließen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013204585 A1 [0002]
JP 2013161735 A [0004]

Claims

Hochvoltbatterie (1) mit einem Batteriegehäuse (2), welches eine Entgasungsöffnung (5) aufweist, wobei zwischen der Entgasungsöffnung (5) und einer Umgebung (6) ein Partikelabscheider (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelabscheider (7) ein Flüssigkeitsbad (11) aufweist.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitsbads schwer entflammbar ist.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitsbads (11) ein Öl ist.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl ein Trafoöl ist.
Hochvoltbatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelabscheider (7) so aufgebaut ist, dass der durch die Entgasungsöffnung (5) strömende Stoffstrom (9) in dem Partikelabscheider (7) auf die Flüssigkeitsoberfläche (10) des Flüssigkeitsbads (11) zuströmt und dann von dieser aus über eine Abströmöffnung (12) in die Umgebung (6) gelangt.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmöffnung (12) auf der der Flüssigkeitsoberfläche (10) des Flüssigkeitsbads (11) abgewandten Seite des Partikelabscheiders (7) angeordnet ist.