DE102020003310A1 - High voltage battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie (1) mit mehreren Batterieeinzelzellen und/oder Batteriemodulen, mit wenigstens einer Abblasleitung (3) für austretende Gase, und mit einer Vorrichtung (4) zur Verringerung des Innendrucks über die Abblasleitung im Bedarfsfall.Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Abblasleitung (3) eine Zündeinrichtung (8) angeordnet ist.The invention relates to a high-voltage battery (1) with several individual battery cells and / or battery modules, with at least one blow-off line (3) for escaping gases, and with a device (4) for reducing the internal pressure via the blow-off line if necessary. The invention is characterized in that that an ignition device (8) is arranged in the area of the blow-off line (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie mit mehreren Batterieeinzelzellen und/oder Batteriemodulen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a high-voltage battery with a plurality of individual battery cells and / or battery modules, according to the type defined in more detail in the preamble of
Sogenannte Hochvoltbatterien, welche eine Gleichspannung von mehr als 60 V aufweisen, sind beispielsweise in elektrisch oder teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen im Einsatz. Derartige Batterien sind meist als Lithium-Ionen-Batterien ausgebildet. Um im Falle eines Kurzschlusses in einer der Batteriezellen oder einer sonstigen Schädigung solcher Batteriezellen einen Überdruck in der Batterie zu vermeiden, sind typischerweise Vorrichtungen zur Verringerung des Innendrucks bekannt, welche die entstehenden Gase aus der Batterie ablassen und beispielsweise über eine Abblasleitung, welche häufig auch als Ventingleitung bezeichnet wird, in die Umgebung abgeben. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise auf die
Werden nun im Falle des Ansprechens einer solchen Vorrichtung Gase aus der Batterie abgeleitet, dann können diese Gase in Verbindung mit der Umgebungsluft ein zündfähiges Gemisch bilden. Dieses zündfähige Gemisch kann dann beispielsweise in einer Garage oder einer anderen schlecht durchlüfteten Stelle, in welcher das Fahrzeug abgestellt ist, verbleiben. Es bilden sich in der Umgebung des Fahrzeugs zündfähige Gemische. Kommt es zu einem späteren Zeitpunkt zu einer ungewollten Zündung, geht hiervon eine extrem hohe Gefahr aus, da Stichflammen und Explosionen entstehen können, welche zu erheblichen Schäden am Fahrzeug und in der Umgebung führen und Menschenleben gefährden können.If, when such a device responds, gases are diverted from the battery, then these gases can form an ignitable mixture in connection with the ambient air. This ignitable mixture can then remain, for example, in a garage or another poorly ventilated place in which the vehicle is parked. Ignitable mixtures are formed in the vicinity of the vehicle. If an unintentional ignition occurs at a later point in time, this poses an extremely high risk, as flash flames and explosions can occur, which can lead to considerable damage to the vehicle and the surrounding area and endanger human life.
Auch bei großen stationären Speicherbatterien, welche beispielsweise zur Notstromversorgung oder im Bereich von Schiffen eingesetzt werden, kann ein solches Szenario entstehen, wenn beispielsweise die Gase aus einem dort typischerweise in Form eines Seecontainers ausgeführten Gehäuse in die Umgebung gelangen, sich im Außenbereich verteilen und dort unabsichtlich entzündet werden.Such a scenario can also arise with large stationary storage batteries, which are used, for example, for emergency power supply or in the area of ships, if, for example, the gases from a housing, typically in the form of a sea container, get into the environment, are distributed in the outside area and there unintentionally be ignited.
Im Stand der Technik wird deshalb versucht, über verschiedene Maßnahmen die Zündfähigkeit der Gemische zu verringern. So beschreibt beispielsweise die
Letzten Endes wird hierdurch immer die Gefahr reduziert, nie jedoch ausgeschlossen. Außerdem kann beispielsweise das Material in der Patrone aufgebraucht sein oder es kann von dem Material selbst eine Gefahr für die Umgebung ausgehen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, diese Nachteile zu vermeiden und eine verbesserte Hochvoltbatterie gemäß dem Oberbegriff das Anspruchs 1 anzugeben.In the end, this always reduces the risk, but never eliminates it. In addition, for example, the material in the cartridge can be used up or the material itself can pose a risk to the environment. The object of the present invention is therefore to avoid these disadvantages and to specify an improved high-voltage battery according to the preamble of
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hochvoltbatterie mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Eine solche Batterie kann vorzugsweise in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug eingesetzt werden. Sie eignet sich jedoch ebenso für stationäre Anwendungen, Batterieanlagen auf Schiffen oder dergleichen.According to the invention, this object is achieved by a high-voltage battery having the features in
Die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie umfasst mehrere Batterieeinzelzellen und/oder Batteriemodule sowie wenigstens eine Abblasleitung bzw. Ventingleitung für austretende Gase sowie eine Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks über die Abblasleitung, welche im Bedarfsfall Gase aus den Batterieeinzelzellen und/oder Batteriemodulen austreten lässt. Erfindungsgemäß ist es so, dass im Bereich der Abblasleitung eine Zündeinrichtung angeordnet ist. Die prinzipielle Gefahr von sich entzündenden Gasen ist nur schwer zu kontrollieren der Erfinder hat nun erkannt, dass ein gezielter Abbrand der Gase im Bereich der Abblasleitung relativ einfach und effizient zu kontrollieren ist. Ein solcher gezielter Abbrand im Bereich der Abblasleitung ist also einem unkontrollierten Ausströmen der Gase mit der Gefahr, dass sich explosive Gemische ausbilden können, in jedem Fall vorzuziehen. Basierend auf diesen Überlegungen sieht die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie deshalb im Bereich der Abblasleitung eine Zündeinrichtung vor, um so im Bedarfsfall die Gase gezielt zu entzünden und kontrolliert abbrennen. Nach dem gezielten Abbrennen des Gases verbleibt lediglich Rauchgas, welches dann nicht mehr zündfähig ist und keine explosiven Gemische ausbilden kann.The high-voltage battery according to the invention comprises several single battery cells and / or battery modules as well as at least one blow-off line or venting line for escaping gases and a device for reducing the internal pressure via the blow-off line, which, if necessary, lets gases escape from the single battery cells and / or battery modules. According to the invention, an ignition device is arranged in the region of the blow-off line. The principal danger of igniting gases is difficult to control. The inventor has now recognized that a targeted burn-off of the gases in the area of the blow-off line can be controlled relatively easily and efficiently. Such a targeted burn-off in the area of the blow-off line is therefore to be preferred in any case to an uncontrolled outflow of the gases with the risk that explosive mixtures can form. Based on these considerations, the high-voltage battery according to the invention therefore provides an ignition device in the area of the blow-off line in order to ignite the gases in a targeted manner and burn them off in a controlled manner if necessary. After the targeted burning off of the gas, only flue gas remains, which is then no longer ignitable and cannot form explosive mixtures.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist dabei die Zündeinrichtung an dem der Umgebung zugewandten, also dem der Batterieeinzelzellen und/oder Batteriemodule abgewandten Ende der Abblasleitung angeordnet. Insbesondere kann es sich bei dieser wenigstens einen Abblasleitung um eine Sammelleitung handeln, welche die Ventingleitungen der einzelnen Batteriezellen und/oder Batteriemodule aufnimmt, zusammenführt und aus dem Gehäuse herausragt. Im einfachsten Fall kann es sich bei der wenigstens einen Abblasleitung lediglich um eine Öffnung im Gehäuse handeln, sodass die Gase sich zuerst im Gehäuse sammeln und dann durch diese Öffnung gezielt austreten.According to a very advantageous development of the high-voltage battery according to the invention, the ignition device is on that of the surroundings facing, that is to say the end of the blow-off line facing away from the individual battery cells and / or battery modules. In particular, this at least one blow-off line can be a collecting line which receives the venting lines of the individual battery cells and / or battery modules, brings them together and protrudes from the housing. In the simplest case, the at least one blow-off line can only be an opening in the housing, so that the gases first collect in the housing and then exit in a targeted manner through this opening.
Eine außerordentlich günstige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie sieht es dabei vor, dass die Zündeinrichtung als Glühkerze ausgebildet ist. Prinzipiell sind verschiedenartige Zündeinrichtungen grundlegend denkbar. Der Einsatz einer Glühkerze hat dabei den Vorteil, dass dies ein im Automotive-Bereich verbreitetes Bauteil ist, welches einfach und kostengünstig am Markt verfügbar ist. Über eine solche Glühkerze kann bei Bedarf sehr zuverlässig das kontrollierte Abbrennen der Gase initiiert werden.An extremely favorable development of the high-voltage battery according to the invention provides that the ignition device is designed as a glow plug. In principle, different types of ignition devices are fundamentally conceivable. The use of a glow plug has the advantage that this is a component that is widespread in the automotive sector and is easily and inexpensively available on the market. If required, the controlled burning of the gases can be initiated very reliably via such a glow plug.
Die Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks kann dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee als Berstscheibe ausgebildet sein, welche ab einem gewissen Überdruck zerbricht oder zerreißt und die Gase abströmen lässt. Wie im eingangs genannten Stand der Technik in Form der
Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie kann es nun ferner vorgesehen sein, dass die Zündeinrichtung oder eine Steuerungseinrichtung derselben dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Signals dieses Signalgebers zu zünden. Die Zündeinrichtung, beispielsweise die oben genannte Glühkerze, wird also nur dann betrieben, wenn die Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks, also beispielsweise die Berstscheibe, angesprochen hat. Dies lässt sich über den entsprechenden Signalgeber erfassen. Sobald das Signal vorliegt, wird dann die Zündeinrichtung mit elektrischer Leistung versorgt, um beispielsweise im Falle einer Glühkerze bis zu einem Glühen derselben aufgeheizt zu werden. Das dann in diesen Bereich strömende Gas wird an der Glühkerze zuverlässig entzündet und brennt im Bereich der Hochvoltbatterie gezielt ab, sodass keine ungewünschte Explosion in der Umgebung mehr entstehen kann. Durch dieses gezielte Abbrennen lässt sich damit eine hohe Sicherheit der Hochvoltbatterie erzielen, was insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen ein ganz entscheidender Vorteil ist.According to a further very favorable embodiment of the high-voltage battery according to the invention, it can now also be provided that the ignition device or a control device thereof is set up to ignite as a function of a signal from this signal transmitter. The ignition device, for example the glow plug mentioned above, is therefore only operated when the device for reducing the internal pressure, for example the bursting disc, has responded. This can be recorded via the corresponding signal transmitter. As soon as the signal is present, the ignition device is then supplied with electrical power in order, for example in the case of a glow plug, to be heated until it glows. The gas that then flows into this area is reliably ignited at the glow plug and burns down in the area of the high-voltage battery, so that no unwanted explosion can occur in the area. Through this targeted burning, a high level of safety of the high-voltage battery can be achieved, which is a very decisive advantage, especially when used in vehicles.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.Further advantageous configurations of the high-voltage battery according to the invention also result from the exemplary embodiment, which is shown in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen:
-
1 eine beispielhafte Hochvoltbatterie in einem Gehäuse in einem Querschnitt; -
2 eine Hochvoltbatterie analog zu der in1 mit einer Vorrichtung zur Verringerung des Innendrucks in einer Ausführung gemäß dem Stand der Technik; und -
3 eine Darstellung analog zu der in2 in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.
-
1 an exemplary high-voltage battery in a housing in a cross section; -
2 a high-voltage battery analogous to the one in1 with a device for reducing the internal pressure in an embodiment according to the prior art; and -
3 a representation analogous to that in2 in one embodiment according to the invention.
In der Darstellung der
Um die Hochvoltbatterie
In der Darstellung der
In der Darstellung der
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- DE 102014006343 A1 [0002, 0011, 0016]DE 102014006343 A1 [0002, 0011, 0016]
- WO 2015/184310 A1 [0005]WO 2015/184310 A1 [0005]
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