DE102019105810A1 - Battery module with a thermally activated protective device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (100), umfassend: mehrere Batteriezellen (10) und mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, bei einem drohenden thermischen Durchgehen wenigstens einer Batteriezelle (10) innerhalb des Batteriemoduls (100) die wenigstens eine Batteriezelle (10) von den anderen Batteriezellen (10) und/oder von der Umgebung thermisch zu isolieren und räumlich zu separieren.The invention relates to a battery module (100), comprising: several battery cells (10) and at least one thermally activatable protective device (20) which is designed to protect at least one battery cell (10) within the battery module (100) in the event of an imminent thermal runaway to thermally isolate and spatially separate a battery cell (10) from the other battery cells (10) and / or from the environment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch und ein Verfahren zum Schützen eines Batteriemoduls vor einem drohenden thermischen Durchgehen nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch.The invention relates to a battery module according to the independent device claim and a method for protecting a battery module from the threat of thermal runaway according to the independent method claim.

Eine Propagation des thermischen Durchgehens von einer Batteriezelle zu einer anderen Batteriezelle in einem Batteriemodul stellt in einem Schadensfall, bspw. einem Unfall eines Elektrofahrzeuges, ein großes Risiko für die Umgebung und Personen, bspw. für die Fahrzeuginsassen, dar. Es sind mechanische Schutzvorrichtungen für Batteriemodule bekannt, die einer, ggf. schlagartigen mechanischen, Belastung standhalten können. Solche mechanischen Schutzvorrichtungen können jedoch eine thermische Propagation innerhalb des Batteriemoduls nicht verhindern.Propagation of thermal runaway from one battery cell to another battery cell in a battery module represents a major risk for the environment and people, for example the vehicle occupants, in the event of damage, for example an accident in an electric vehicle. There are mechanical protective devices for battery modules known, which can withstand a possibly sudden mechanical load. Such mechanical protection devices cannot, however, prevent thermal propagation within the battery module.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Batteriemodul bereitzustellen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Batteriemodul zur Verfügung zu stellen, welches vor einem drohenden thermischen Durchgehen zuverlässig und sicher geschützt ist. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Schützen eines Batteriemoduls vor einem drohenden thermischen Durchgehen zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is therefore to provide an improved battery module. In particular, it is the object of the invention to provide an improved battery module which is reliably and safely protected against the threat of thermal runaway. In addition, it is the object of the invention to provide an improved method for protecting a battery module from the threat of thermal runaway.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein verbessertes Batteriemodul nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch und ein verbessertes Verfahren zum Schützen eines Batteriemoduls vor einem drohenden thermischen Durchgehen nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt. Merkmale, die zu den einzelnen Erfindungsaspekten offenbart werden, können in der Weise miteinander kombiniert werden, dass bzgl. der Offenbarung zu den Erfindungsaspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The object according to the invention is achieved by an improved battery module according to the independent device claim and an improved method for protecting a battery module from the threat of thermal runaway according to the independent method claim. Preferred developments of the invention are listed in the dependent claims. Features that are disclosed for the individual aspects of the invention can be combined with one another in such a way that, with regard to the disclosure, reference is or can always be made to the invention aspects of the invention.

Die Erfindung stellt gemäß einem Aspekt zur Lösung der Aufgabe ein Batteriemodul, bspw. als ein Modul für eine modular aufgebaute Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, bereit, umfassend: mehrere Batteriezellen und mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, bei einem drohenden thermischen Durchgehen wenigstens einer Batteriezelle innerhalb des Batteriemoduls die wenigstens eine Batteriezelle von den anderen Batteriezellen und/oder von der Umgebung thermisch zu isolieren und räumlich zu separieren.According to one aspect, the invention provides a battery module, for example as a module for a modular traction battery of an electric vehicle, comprising: a plurality of battery cells and at least one thermally activatable protective device which is designed to protect against at least an imminent thermal runaway a battery cell within the battery module to thermally isolate and spatially separate the at least one battery cell from the other battery cells and / or from the environment.

Thermisch zu isolieren, bedeutet im Sinne der Erfindung eine Übertragung der Wärme zu verhindern oder zumindest zu erschweren. Räumlich zu separieren, bedeutet im Sinne der Erfindung ein Vergrößern eines Abstandes zwischen Elementen. Thermisch aktivierbar heißt im Sinne der Erfindung aktivierbar durch Einwirkung einer bestimmten Temperatur, meistens nach einer erfolgten Erwärmung bis zu dieser bestimmten Temperatur. Die Batteriezellen können dabei prismatische Zellen oder Rundzellen sein.To thermally insulate means, in the context of the invention, to prevent or at least make it more difficult to transfer heat. Spatially separating means, in the context of the invention, increasing the distance between elements. In the context of the invention, thermally activatable means that it can be activated by the action of a specific temperature, usually after heating up to this specific temperature. The battery cells can be prismatic cells or round cells.

Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die bei einem sich anbahnenden thermischen Durchgehen mindestens einer Batteriezelle innerhalb des Batteriemoduls, vorzugsweise noch vor dem Erreichen einer kritischen Temperatur, sog. Propagationstemperatur, ein zuverlässiges thermisches und räumliches Trennen dieser wenigstens einen Batteriezelle von dem Rest der Batterie und/oder vor der Umgebung ermöglicht. Hierzu können zwischen die einzelnen Batteriezellen oder zwischen die Segmente, umfassend mehrere Batteriezellen, thermisch aktivierbare Schutzvorrichtungen, bspw. in Form von Sandwichstrukturen, eingefügt werden. Diese thermisch aktivierbaren Schutzvorrichtungen können jeweils zwei Positionierungselemente bzw. Begrenzungsplatten aufweisen, zwischen denen sich ein thermisch aktivierbares Aktivierungselement, bspw. in Form eines Metallpulverpresslings, befindet. Das Aktivierungselement, insbesondere das Metallpulver, selbst kann verschiedene metallische Elemente aufweisen, wie z.B. Kupfer, Zinn, Titan, und einem Metallhydrid, z.B. Titanhydrid. Das Metallhydrid kann derart ausgewählt werden, dass eine thermische Aktivierung bei einer Temperatur unterhalb der Propagationstemperatur erfolgt. Bei einer thermischen Aktivierung schmilzt das Metallpulver auf, wodurch der Wasserstoff des Metallhydrids freigesetzt wird und das Metall aufschäumt. Der entstandene Metallschaum bringt mindestens drei Vorteile mit sich: 1) Die einhergehende Volumenexpansion separiert defekte Batteriezellen von den intakten Batteriezellen, was eine Propagation des thermischen Durchgehens erschwert. 2) Der Metallschaum hat sehr gute thermisch isolierende Eigenschaften, welche einen Energieübertrag auf weitere Batteriezellen deutlich erschweren. 3) Das poröse Volumen des Metallschaums kann deformiert werden und damit mechanische Energie aufnehmen, die u.U. durch die schlagartige Gasexpansion in den defekten Batteriezellen entstehen kann. Somit kann mithilfe der Erfindung ein erheblich verbessertes Batteriemodul bereitgestellt werden, welches vor einem drohenden thermischen Durchgehen zuverlässig und sicher geschützt ist.The idea of the invention is that a thermally activatable protective device is made available which, if at least one battery cell is approaching thermal runaway within the battery module, preferably before reaching a critical temperature, so-called propagation temperature, reliable thermal and spatial separation of this at least one battery cell from the rest of the battery and / or from the environment. For this purpose, thermally activatable protective devices, for example in the form of sandwich structures, can be inserted between the individual battery cells or between the segments comprising a plurality of battery cells. These thermally activatable protective devices can each have two positioning elements or boundary plates, between which there is a thermally activatable activation element, for example in the form of a metal powder compact. The activation element, in particular the metal powder, itself can comprise various metallic elements, e.g. Copper, tin, titanium, and a metal hydride, e.g. Titanium hydride. The metal hydride can be selected such that thermal activation takes place at a temperature below the propagation temperature. In the case of thermal activation, the metal powder melts, as a result of which the hydrogen in the metal hydride is released and the metal foams. The resulting metal foam has at least three advantages: 1) The accompanying volume expansion separates defective battery cells from intact battery cells, which makes it difficult to propagate thermal runaway. 2) The metal foam has very good thermally insulating properties, which make it much more difficult to transfer energy to other battery cells. 3) The porous volume of the metal foam can be deformed and thus absorb mechanical energy that may can arise from the sudden gas expansion in the defective battery cells. Thus, with the aid of the invention, a significantly improved battery module can be provided which is reliably and safely protected against the threat of thermal runaway.

Ferner kann die Erfindung bei einem Batteriemodul vorsehen, dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung ein Aktivierungselement aufweist, welches bei einer Einwirkung einer Aktivierungstemperatur ein Vergrößern des Aktivierungselementes, insbesondere ein Aufschäumen des Materials des Aktivierungselementes, bewirkt. Somit kann der Abstand vergrößert werden, der zwischen den defekten Batteriezellen und den intakten Batteriezellen besteht. Mit dem wachsenden Abstand wird der Wärmeübergang auf die intakten Batteriezellen erschwert. Durch Aufschäumen des Materials des Aktivierungselementes wird eine Wärmeübergang auf die intakten Batteriezellen zusätzlich erschwert. Außerdem liefert das aufgeschäumte Material des Aktivierungselementes einen Puffer zum Absorbieren einer mechanischen Einwirkung. Vorteilhafterweise kann die Aktivierungstemperatur kleiner gleich einer kritischen Temperatur der Batteriezellen bei einem thermischen Durchgehen gewählt werden. Auf diese Weise kann ein rechtzeitiges Isolieren von defekten Batteriezellen ermöglicht werden.Furthermore, the invention can provide for a battery module that the at least one thermally activatable protective device has an activation element which, when an activation temperature is applied, increases the Activation element, in particular a foaming of the material of the activation element, causes. Thus, the distance that exists between the defective battery cells and the intact battery cells can be increased. As the distance increases, the heat transfer to the intact battery cells becomes more difficult. By foaming the material of the activation element, a heat transfer to the intact battery cells is made more difficult. In addition, the foamed material of the activation element provides a buffer for absorbing a mechanical impact. The activation temperature can advantageously be selected to be less than or equal to a critical temperature of the battery cells in the event of a thermal runaway. In this way, defective battery cells can be isolated in good time.

Weiterhin kann die Erfindung bei einem Batteriemodul vorsehen, dass das Material des Aktivierungselementes eine Zusammensetzung aus mindestens einem Metall oder aus verschiedenen Metallen, bspw. Kupfer, Zinn und/oder Titan, und mindestens einem Metallhydrid, bspw. Titanhydrid, aufweist. Auf diese Weise kann ein thermisch aktivierbares Aktivierungselement bereitgestellt werden, welches kostengünstig ist und welches gute mechanische und thermische Eigenschaften aufweist.Furthermore, the invention can provide for a battery module that the material of the activation element has a composition of at least one metal or of different metals, for example copper, tin and / or titanium, and at least one metal hydride, for example titanium hydride. In this way, a thermally activatable activation element can be provided which is inexpensive and which has good mechanical and thermal properties.

Des Weiteren kann die Erfindung bei einem Batteriemodul vorsehen, dass das Aktivierungselement in Form eines Metallpulverpresslings oder eines Metallspänenpresslings ausgebildet ist. Auf diese Weise kann ein thermisch aktivierbares Aktivierungselement bereitgestellt werden, welches einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und welches einfach im und/oder am Batteriemodul angebracht werden kann.Furthermore, in the case of a battery module, the invention can provide that the activation element is designed in the form of a metal powder compact or a metal chip compact. In this way, a thermally activatable activation element can be provided which can be produced simply and inexpensively and which can easily be attached in and / or on the battery module.

Zudem ist es denkbar, dass das Aktivierungselement plattenförmig und/oder schichtförmig ausgebildet sein kann. Somit kann ein leicht handhabbares Aktivierungselement bereitgestellt werden, welches in einer modular aufgebauten Batterie zwischen den Batteriemodulen und/oder in einem modular aufgebauten Batteriemodul zwischen den Batteriezellen oder zwischen den Segmenten, umfassend mehrere Batteriezellen, einfach und mit wenig Aufwand eingebaut werden kann.In addition, it is conceivable that the activation element can be designed in the form of a plate and / or layer. Thus, an easily manageable activation element can be provided, which can be installed in a modularly constructed battery between the battery modules and / or in a modularly constructed battery module between the battery cells or between the segments, comprising several battery cells, easily and with little effort.

Außerdem kann die Erfindung bei einem Batteriemodul vorsehen, dass die thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung ein Positionierungselement aufweist, welches das Aktivierungselement zumindest bereichsweise umschließt. Dabei ist es denkbar, dass das Positionierungselement in Form eines Gehäuses mit Sollbruchstellen oder in Form eines Rahmenelementes oder in Form von Platten ausgebildet sein kann, um einerseits das Aktivierungselement zumindest bereichsweise zu umschließen und andererseits ein Vergrößern des Aktivierungselementes, insbesondere ein Aufschäumen des Materials des Aktivierungselementes, zu ermöglichen.In addition, in the case of a battery module, the invention can provide that the thermally activatable protective device has a positioning element which encloses the activation element at least in some areas. It is conceivable that the positioning element can be designed in the form of a housing with predetermined breaking points or in the form of a frame element or in the form of plates, on the one hand to enclose the activation element at least in some areas and, on the other hand, to enlarge the activation element, in particular to foam the material of the activation element to enable.

Vorteilhafterweise ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das Positionierungselement zwei Platten aufweisen kann, welche das Aktivierungselement beidseitig umschließen können. Somit kann eine Schutzvorrichtung nach Art einer Sandwichstruktur bereitgestellt werden, die besonders einfach in der Herstellung ist.It is advantageously conceivable within the scope of the invention that the positioning element can have two plates which can enclose the activation element on both sides. A protective device in the manner of a sandwich structure can thus be provided which is particularly simple to manufacture.

Ferner kann die Erfindung bei einem Batteriemodul vorsehen, dass jeweils eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung zwischen zwei benachbarten Batteriezellen angeordnet ist. Auf diese Weise kann jede Batteriezelle bei einem drohenden thermischen Durchgehen von den anderen Batteriezellen und/oder von der Umgebung thermisch isoliert und räumlich separiert werden.Furthermore, in the case of a battery module, the invention can provide that a thermally activatable protective device is arranged between two adjacent battery cells. In this way, each battery cell can be thermally isolated and spatially separated from the other battery cells and / or from the environment in the event of an imminent thermal runaway.

Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung bei einem Batteriemodul denkbar, dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung jede Batteriezelle einzeln vollumfänglich umschließen kann. Auf diese Weise kann eine thermische Propagation ausgehend von einer Batteriezelle in allen Richtungen zuverlässig verhindert werden.Furthermore, it is conceivable within the scope of the invention in the case of a battery module that the at least one thermally activated protective device can completely enclose each battery cell individually. In this way, thermal propagation starting from a battery cell can be reliably prevented in all directions.

Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung bei einem Batteriemodul denkbar, dass jeweils eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung zwischen zwei benachbarten Segmenten, umfassend mehrere Batteriezellen, angeordnet sein kann. Auf diese Weise kann das Gewicht des fertigen Batteriemoduls reduziert werden. Zugleich kann durch Schützen von Segmenten eine sichere thermische und räumliche Abgrenzung von betroffenen Arealen an defekten Batteriezellen von den restlichen Batteriezellen und/oder von der Umgebung geschaffen werden.Furthermore, within the scope of the invention, it is conceivable for a battery module that a thermally activatable protective device can be arranged between two adjacent segments, comprising several battery cells. In this way, the weight of the finished battery module can be reduced. At the same time, by protecting segments, a safe thermal and spatial demarcation of affected areas on defective battery cells from the remaining battery cells and / or from the environment can be created.

Zudem ist es im Rahmen der Erfindung bei einem Batteriemodul denkbar, dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung ein Segment, umfassend mehrere Batteriezellen, einzeln vollumfänglich umschließen kann. Somit kann eine thermische Propagation ausgehen von einem Segment in allen Richtungen zuverlässig verhindert werden.In addition, it is conceivable within the scope of the invention in the case of a battery module that the at least one thermally activatable protective device can individually completely enclose a segment comprising several battery cells. Thermal propagation starting from a segment can thus be reliably prevented in all directions.

Außerdem kann die Erfindung bei einem Batteriemodul vorsehen, dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung das Batteriemodul vollumfänglich umschließt. Auf diese Weise kann das Batteriemodul als Ganzes von der Umgebung thermisch isoliert und räumlich separiert werden.In addition, in the case of a battery module, the invention can provide that the at least one thermally activatable protective device completely surrounds the battery module. In this way, the battery module as a whole can be thermally insulated from the environment and spatially separated.

Ferner stellt die Erfindung gemäß einem Aspekt zur Lösung der Aufgabe die Verfahren zum Schützen eines Batteriemoduls, umfassend mehrere Batteriezellen, vor einem drohenden thermischen Durchgehen bereit, wobei insbesondere das Batteriemodul wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung im und/oder am Batteriemodul angeordnet, um bei einem drohenden thermischen Durchgehen wenigstens einer Batteriezelle innerhalb des Batteriemoduls die wenigstens eine Batteriezelle von den anderen Batteriezellen und/oder von der Umgebung thermisch zu isolieren und räumlich zu separieren. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.Furthermore, according to one aspect, the invention provides the method for solving the object Protecting a battery module, comprising a plurality of battery cells, from an imminent thermal runaway, wherein in particular the battery module can be designed as described above. According to the method according to the invention, at least one thermally activatable protective device is arranged in and / or on the battery module in order to thermally isolate and spatially isolate the at least one battery cell from the other battery cells and / or from the environment in the event of an imminent thermal runaway of at least one battery cell within the battery module separate. With the aid of the method according to the invention, the same advantages are achieved that were described above in connection with the battery module according to the invention. Reference is made here in full to these advantages.

Das Verfahren kann vorteilhafterweise mithilfe eines Batteriemoduls ausgeführt werden, welches wie oben beschrieben ausgeführt sein kann.The method can advantageously be carried out with the aid of a battery module, which can be carried out as described above.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:

  • 1 einen möglichen Aufbau eines Batteriemoduls im Sinne der Erfindung,
  • 2 einen weiteren möglichen Aufbau eines Batteriemoduls im Sinne der Erfindung und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung im Sinne der Erfindung bei einer Aktivierung der Schutzvorrichtung.
Further measures improving the invention are illustrated below with the description of the preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the figures. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. It should be noted that the figures only have a descriptive character and are not intended to restrict the invention in any way. Show it:
  • 1 a possible structure of a battery module within the meaning of the invention,
  • 2 another possible structure of a battery module within the meaning of the invention and
  • 3 a schematic representation of a protective device within the meaning of the invention when the protective device is activated.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Merkmale der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same features of the invention are always provided with the same reference symbols, which is why they are usually only described once.

Die 1 und 2 zeigen schematisch ein Batteriemodul 100 im Sinne der Erfindung. Das Batteriemodul 100 kann bspw. als ein Modul für eine modular aufgebaute Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges dienen. Das Batteriemodul 100 weist mehrere Batteriezellen 10 und mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung 20 auf, die dazu ausgebildet ist, bei einem drohenden thermischen Durchgehen wenigstens einer Batteriezelle 10 innerhalb des Batteriemoduls 100 die wenigstens eine Batteriezelle 10 von den anderen Batteriezellen 10 und/oder von der Umgebung thermisch zu isolieren und räumlich zu separieren.The 1 and 2 show schematically a battery module 100 within the meaning of the invention. The battery module 100 can serve, for example, as a module for a modular traction battery of an electric vehicle. The battery module 100 has multiple battery cells 10 and at least one thermally activated protective device 20th on, which is designed to with an imminent thermal runaway at least one battery cell 10 inside the battery module 100 the at least one battery cell 10 from the other battery cells 10 and / or to be thermally insulated and spatially separated from the environment.

Gemäß der 1 können die Batteriezellen 10 in Form von prismatischen Zellen ausgebildet sein. Gemäß der 2 können die Batteriezellen 10 in Form von Rundzellen ausgebildet sein.According to the 1 can the battery cells 10 be designed in the form of prismatic cells. According to the 2 can the battery cells 10 be designed in the form of round cells.

Wie es die 1 und 2 zeigen, weist die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung 20 im Sinne der Erfindung ein thermisch aktivierbares Aktivierungselement 21 auf, welches bei einer Einwirkung einer Aktivierungstemperatur Ta ein Vergrößern des Aktivierungselementes 21, insbesondere ein Aufschäumen des Materials des Aktivierungselementes 21, bewirkt (vgl. die 3).Like it 1 and 2 show, the at least one thermally activatable protective device 20th within the meaning of the invention, a thermally activatable activation element 21st on, which upon exposure to an activation temperature Ta increasing the activation element 21st , in particular a foaming of the material of the activation element 21st , causes (cf.the 3 ).

Die 3 verdeutlicht, dass bei einer thermischen Aktivierung des Aktivierungselementes 21 der Abstand A vergrößert wird, der zwischen den defekten Batteriezellen 10* und den intakten Batteriezellen 10 besteht. Mit dem wachsenden Abstand A wird der Wärmeübergang von den defekten Batteriezellen 10* auf die intakten Batteriezellen 10 erschwert. Durch Aufschäumen des Materials des Aktivierungselementes 21 wird eine Wärmeübergang auf die intakten Batteriezellen 10 zusätzlich erschwert, weil die Wärme im aufgeschäumten Material des Aktivierungselementes 21 abgefangen wird. Außerdem liefert das aufgeschäumte Material des Aktivierungselementes 21 einen Puffer zum Absorbieren einer mechanischen Einwirkung von den defekten Batteriezellen 10* auf die intakten Batteriezellen 10, wenn bspw. in den defekten Batteriezellen 10* eine schlagartige Gasexpansion stattfindet.The 3 shows that with a thermal activation of the activation element 21st the distance A. that between the defective battery cells is increased 10 * and the intact battery cells 10 consists. With the growing distance A. the heat transfer from the defective battery cells 10 * on the intact battery cells 10 difficult. By foaming the material of the activation element 21st there is a heat transfer to the intact battery cells 10 additionally difficult because the heat in the foamed material of the activation element 21st is intercepted. In addition, the foamed material provides the activation element 21st a buffer to absorb a mechanical impact from the defective battery cells 10 * on the intact battery cells 10 if, for example, in the defective battery cells 10 * a sudden gas expansion takes place.

Nach einem Vorteil der Erfindung kann die Aktivierungstemperatur Ta kleiner gleich einer kritischen Temperatur T* der Batteriezellen 10 bei einem thermischen Durchgehen, sog. Propagationstemperatur, gewählt werden, um ein rechtzeitiges thermisches Isolieren und räumliches Abgrenzen von defekten Batteriezellen 10* zu ermöglichen.According to an advantage of the invention, the activation temperature Ta less than or equal to a critical temperature T * of the battery cells 10 in the case of thermal runaway, so-called propagation temperature, can be selected to ensure timely thermal insulation and spatial delimitation of defective battery cells 10 * to enable.

Das Material des Aktivierungselementes 21 kann eine Zusammensetzung aus verschiedenen Metallen aufweisen, wie z. B. Kupfer, Zinn und/oder Titan, und mindestens einem Metallhydrid, bspw. Titanhydrid. Bei einer thermischen Aktivierung schmilzt das Material des Aktivierungselementes 21 auf, wodurch der Wasserstoff des Metallhydrids freigesetzt wird und das restliche Metall aufschäumt. Dadurch wird der Abstand A zwischen den defekten Batteriezellen 10* und den intakten Batteriezellen 10 vergrößert.The material of the activation element 21st may have a composition of different metals, such as. B. copper, tin and / or titanium, and at least one metal hydride, for example titanium hydride. In the case of thermal activation, the material of the activation element melts 21st on, whereby the hydrogen of the metal hydride is released and the remaining metal foams. This will make the distance A. between the defective battery cells 10 * and the intact battery cells 10 enlarged.

Das Aktivierungselement 21 kann dabei in Form eines Metallpulverpresslings oder eines Metallspänenpresslings ausgebildet sein.The activation element 21st can be designed in the form of a metal powder compact or a metal chip compact.

Das Aktivierungselement 21 kann weiterhin plattenförmig und/oder schichtförmig ausgebildet sein, wie es die 1 und 2 schematisch zeigen.The activation element 21st can also be plate-shaped and / or layered, as it is 1 and 2 show schematically.

Zudem kann die thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung 20 ein Positionierungselement 22 aufweisen, welches das Aktivierungselement 21 zumindest bereichsweise umschließt.In addition, the thermally activated protective device 20th a positioning element 22nd have which the activation element 21st at least partially encloses.

In den 1 und 2 ist ein Positionierungselement 22 gezeigt, welches zwei Platten aufweisen kann, um das Aktivierungselement 21 beidseitig zu umschließen und eine Schutzvorrichtung 20 nach Art einer Sandwichstruktur bereitzustellen.In the 1 and 2 is a positioning element 22nd shown, which can have two plates to the activation element 21st to be enclosed on both sides and a protective device 20th to provide in the manner of a sandwich structure.

Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass das Positionierungselement 22 in Form eines Gehäuses mit Sollbruchstellen oder in Form eines Rahmenelementes ausgebildet sein kann.In principle, however, it is also conceivable that the positioning element 22nd can be designed in the form of a housing with predetermined breaking points or in the form of a frame element.

Die 1 und 2 deuten an, dass jeweils eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung 20 zwischen zwei benachbarten Segmenten 11, umfassend mehrere Batteriezellen 10, angeordnet sein und/oder jedes Segment 11 vollumfänglich umschließen kann. Auf diese Weise kann das Gewicht des fertigen Batteriemoduls 100 geringgehalten werden. Zugleich kann durch das Schützen von Segmenten 11 eine sichere thermische und räumlich Abgrenzung von betroffenen Arealen an defekten Batteriezellen 10* von den restlichen Batteriezellen 10 und/oder von der Umgebung geschaffen werden, wie es die 3 zeigt.The 1 and 2 indicate that each has a thermally activated protective device 20th between two adjacent segments 11 , comprising multiple battery cells 10 , be arranged and / or each segment 11 can fully enclose. In this way, the weight of the finished battery module 100 be kept low. At the same time, by protecting segments 11 a safe thermal and spatial demarcation of affected areas on defective battery cells 10 * from the remaining battery cells 10 and / or created by the environment, as the 3 shows.

Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung 20 zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 10 angeordnet sein und/oder die Batteriezellen 10 vollumfänglich umschließen kann, um jede Batteriezelle 10 einzeln abzusichern.In principle, however, it is also conceivable that the at least one thermally activatable protective device 20th between two adjacent battery cells 10 be arranged and / or the battery cells 10 Can fully enclose to each battery cell 10 to be secured individually.

Zudem ist es denkbar, dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung 20 das Batteriemodul 100 vollumfänglich umschließen kann, um so das Modul vom restlichen Fahrzeug zu separieren.It is also conceivable that the at least one thermally activatable protective device 20th the battery module 100 can completely enclose in order to separate the module from the rest of the vehicle.

Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The preceding description of the figures describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments can, insofar as it is technically sensible, be freely combined with one another without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
Batteriemodul Battery module
1010
BatteriezelleBattery cell
10*10 *
defekte Batteriezelledefective battery cell
1111
Segment segment
2020th
SchutzvorrichtungProtective device
2121st
AktivierungselementActivation element
2222nd
Positionierungselement Positioning element
3030th
Kühlung cooling
AA.
Abstand distance
TaTa
AktivierungstemperaturActivation temperature
T*T *
kritische Temperaturcritical temperature

Claims (10)

Batteriemodul (100), umfassend: mehrere Batteriezellen (10) und mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, bei einem drohenden thermischen Durchgehen wenigstens einer Batteriezelle (10) innerhalb des Batteriemoduls (100) die wenigstens eine Batteriezelle (10) von den anderen Batteriezellen (10) und/oder von der Umgebung thermisch zu isolieren und räumlich zu separieren.A battery module (100) comprising: multiple battery cells (10) and at least one thermally activatable protective device (20) which is designed to remove the at least one battery cell (10) from the other battery cells (10) and / or from at least one battery cell (10) within the battery module (100) in the event of an imminent thermal runaway to thermally isolate and spatially separate the environment. Batteriemodul (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20) ein Aktivierungselement (21) aufweist, welches bei einer Einwirkung einer Aktivierungstemperatur (Ta) ein Vergrößern des Aktivierungselementes (21) bewirkt.Battery module (100) Claim 1 , characterized in that the at least one thermally activatable protective device (20) has an activation element (21) which causes the activation element (21) to enlarge when an activation temperature (Ta) is applied. Batteriemodul (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Aktivierungselementes (21) eine Zusammensetzung aus mindestens einem Metall oder aus verschiedenen Metallen und mindestens einem Metallhydrid aufweist.Battery module (100) Claim 2 , characterized in that the material of the activation element (21) has a composition of at least one metal or of different metals and at least one metal hydride. Batteriemodul (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivierungselement (21) in Form eines Metallpulverpresslings oder eines Metallspänenpresslings ausgebildet ist, und/oder dass das Aktivierungselement (21) plattenförmig und/oder schichtförmig ausgebildet ist.Battery module (100) Claim 2 or 3 , characterized in that the activation element (21) is designed in the form of a metal powder compact or a metal chip compact, and / or that the activation element (21) is designed in the form of a plate and / or layer. Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20) ein Positionierungselement (22) aufweist, welches das Aktivierungselement (21) zumindest bereichsweise umschließt.Battery module (100) according to one of the preceding Claims 2 to 4th , characterized in that the thermally activatable protective device (20) has a positioning element (22) which at least partially encloses the activation element (21). Batteriemodul (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungselement (22) zwei Platten aufweist, welche das Aktivierungselement (21) beidseitig umschließen.Battery module (100) Claim 5 , characterized in that the positioning element (22) has two plates which enclose the activation element (21) on both sides. Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20) zwischen zwei benachbarten Batteriezellen (10) angeordnet ist, oder dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20) jede Batteriezelle (10) einzeln vollumfänglich umschließt.Battery module (100) according to one of the preceding claims, characterized in that that in each case a thermally activatable protective device (20) is arranged between two adjacent battery cells (10), or that the at least one thermally activatable protective device (20) completely encloses each battery cell (10) individually. Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20) zwischen zwei benachbarten Segmenten (11), umfassend mehrere Batteriezellen (10), angeordnet ist, oder dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20) ein Segment (11), umfassend mehrere Batteriezellen (10), einzeln vollumfänglich umschließt.Battery module (100) according to one of the preceding Claims 1 to 6th , characterized in that a thermally activatable protective device (20) is arranged between two adjacent segments (11), comprising several battery cells (10), or that the at least one thermally activatable protective device (20) comprises a segment (11) comprising several Battery cells (10), each fully enclosed. Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20) das Batteriemodul (100) vollumfänglich umschließt.Battery module (100) according to one of the preceding Claims 1 to 6th , characterized in that the at least one thermally activatable protective device (20) completely surrounds the battery module (100). Verfahren zum Schützen eines Batteriemoduls (100), umfassend mehrere Batteriezellen (10), vor einem drohenden thermischen Durchgehen, wobei mindestens eine thermisch aktivierbare Schutzvorrichtung (20) im und/oder am Batteriemodul (100) angeordnet wird, um bei einem drohenden thermischen Durchgehen wenigstens einer Batteriezelle (10) innerhalb des Batteriemoduls (100) die wenigstens eine Batteriezelle (10) von den anderen Batteriezellen (10) und/oder von der Umgebung thermisch zu isolieren und räumlich zu separieren.A method for protecting a battery module (100), comprising a plurality of battery cells (10), from an imminent thermal runaway, at least one thermally activatable protective device (20) being arranged in and / or on the battery module (100) in order to at least a battery cell (10) within the battery module (100) to thermally isolate and spatially separate the at least one battery cell (10) from the other battery cells (10) and / or from the environment.
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