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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, aufweisend ein Zellengehäuse mit einer vorbestimmten Durchbruchstelle. Die Durchbruchstelle ist dazu ausgebildet, bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzdrucks in einem Innenraum des Zellengehäuses durchzubrechen und ein Austreten eines Gas- und/oder Brandstrahls aus dem Innenraum des Zellengehäuses zu ermöglichen. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Batteriezelle an einer von dem Innenraum abgewandten Außenfläche des Zellengehäuses eine thermisch isolierende Abschirmschicht auf. Die Abschirmschicht überdeckt die vorbestimmte Durchbruchstelle. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Batterie mit zumindest einer solchen Batteriezelle sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
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Eine Batteriezelle oder Zelle im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt als eine sogenannte prismatische Zelle ausgebildet. Eine solche prismatische Zelle findet in der Regel als Energiespeichereinheit für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs Anwendung. Die Batteriezelle weist ein Zellengehäuse auf, welches in der Regel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist. In dem Zellengehäuse ist eine galvanische Zelle angeordnet, die einen Zellwickel aus Anode, Kathode und einer Separatorfolie umfasst. Das Zellengehäuse der prismatischen Zelle weist in der Regel eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche sowie einen im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper auf. Bei bekannten prismatischen Batteriezellen der beschriebenen Art ist in der Regel an einer Seitenfläche des Zellengehäuses eine vorbestimmte Durchbruchstelle angeordnet, wobei hierfür bevorzugt diejenige Seitenfläche genutzt wird, die auch die elektrischen Spannungsabgriffe der Batteriezelle umfasst. Die Durchbruchstelle kann beispielsweise als ein Berstfenster oder eine Berstöffnung realisiert sein.
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Aufgrund physiko-chemischer Prozesse im Inneren der galvanischen Zelle kann es zu einer thermischen Reaktion im Inneren des Zellengehäuses kommen. Infolge dieser Reaktion kann es vorkommen, dass sich Betriebsparameter in einem Innenraum des Zellengehäuses, wie beispielsweise eine Temperatur und/oder ein Druck, gegenüber vorbestimmten Betriebsparametern erhöhen. Eine vorbestimmte Betriebstemperatur kann beispielsweise bevorzugt unterhalb von 180 Grad Celsius liegen. Eine erhöhte Temperatur kann 700 Grad Celsius oder mehr betragen. Sobald insbesondere der Druck in dem Innenraum des Zellengehäuses einen vorbestimmten Grenzdruck erreicht oder überschreitet, kommt es zu einem Öffnen der vorbestimmten Durchbruchstelle und zu einem Austritt eines Gas- und/oder Brandstrahls aus dem Innenraum des Zellengehäuses in eine Umgebung der Batteriezelle. Um einen Fahrgastinnenraum eines eine solche Batteriezelle enthaltenden Kraftfahrzeugs vor dem Gas- und/oder Brandstrahl zu schützen, ist in der Regel ein Brandschutz, insbesondere in Form eines Stahleinlegers, zwischen Batterie und Fahrgastinnenraum vorgesehen. Hierdurch kann der Fahrgastinnenraum vor dem Gas- und/oder Brandstrahl geschützt werden. Daneben ist allerdings auch ein Schutz der Batteriezelle selbst und/oder benachbarter Batteriezellen vor dem Gas- und/oder Brandstrahl erstrebenswert.
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Aus der
DE 10 2011 078 301 A1 ist eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, bekannt, die ein Gehäuse mit einer Gasauslassöffnung aufweist. Die Batteriezelle weist darüber hinaus eine Abdichtfläche mit einem relativ hohen Schmelzpunkt auf, welche schwer entflammbar ist. Um einen Gasaustritt aus der Batteriezelle zu realisieren, weist die Batteriezelle darüber hinaus ein Rückschlagventil auf. Durch die Abdichtfläche ist die Batteriezelle vor dem ausgetretenen Gas weiterhin geschützt, allerdings sind eine Vielzahl beweglicher und störungsanfälliger Bauteile in dem Rückschlagventil vorhanden.
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Die
DE 10 2013 215 552 A1 beschreibt eine Druckfreigabeeinrichtung zum Ablassen eines erhöhten Überdrucks aus einer Batteriezelle oder aus einem Batteriesystem. In nachteiliger Weise ist kein zusätzlicher Schutz der Batteriezellen vor Substanzen vorgesehen, die im Zuge des Ablassen des Überdrucks austreten können.
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Aus der
WO 2010/130760 A1 ist eine Batterieeinheit mit einem Stapel flacher Batteriezellen bekannt, wobei zwischen den Batteriezellen Kühlbleche angeordnet sind, die einen umgebogenen Rand aufweisen. Die Ränder benachbarter Kühlbleche sind in dieselbe Richtung und einander teilweise überlappend abgewinkelt, um zwischeneinander eine gerichtete Düsenspalte zum Ableiten von aus den Batteriezellen ausgetretenen Gasen zu bilden. Ein kontrolliertes Öffnen einer vorbestimmten Berstöffnung ist nicht vorgesehen, so dass nicht absehbar ist, an welcher Stelle einer jeweiligen Batteriezelle es zu einem Gasaustritt kommen kann. Ein zielgerichteter Schutz der Batteriezellen ist also nicht möglich.
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Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es also, dass sie entweder gar keinen zusätzlichen Schutz der Batteriezellen aufweisen, oder dass ein vorhandener Schutz nur unter Einsatz komplexer und schadensanfälliger Bauteile und/oder unter Einbeziehung aufwendiger Produktionsschritte realisiert werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wartungsarme und kostengünstig herzustellende Lösung bereitzustellen, wie eine Batteriezelle und/oder eine Batterie der eingangs beschriebenen Art vor einem aus der Batteriezelle austretenden Gas- und/oder Brandstrahl geschützt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist eine Batteriezelle der eingangs beschriebenen Art bereitgestellt. Die Batteriezelle weist ein Zellengehäuse mit einer vorbestimmten Durchbruchstelle auf. Die Durchbruchstelle oder Sollbruchstelle ist dazu ausgebildet, bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzdrucks in einem Innenraum des Zellengehäuses durchzubrechen und ein Austreten eines Gas- und/oder Brandstrahls aus dem Innenraum des Zellengehäuses zu ermöglichen. Die vorbestimmte Durchbruchstelle kann beispielsweise durch eine lokale Ausdünnung des Zellengehäusematerials gegenüber einer Basisdicke des Zellengehäuses gebildet sein. Die Durchbruchstelle kann allerdings auch durch einen Materialwechsel, beispielsweise von Aluminium zu Glas, oder durch eine vorbestimmt platzierte Schweißnaht bedingt sein.
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An einer von dem Innenraum abgewandten Außenfläche des Zellengehäuses ist eine die vorbestimmte Durchbruchstelle überdeckende, thermisch isolierende Abschirmschicht angeordnet. Die Abschirmschicht kann beispielsweise aus einem mineralischen, silikathaltigen Material, insbesondere aus Glimmerplättchen, bestehen. Eine so gebildete Abschirmschicht ist temperaturbeständig auch in Temperaturbereichen oberhalb von 1000 Grad Celsius. Es ist auch denkbar, die Abschirmschicht aus einem speziellen Silikonverbundstoff zu realisieren, der ähnliche Temperaturbeständigkeitswerte aufweist. Hier wird der Fachmann auf ihm bekannte Werkstoffe zurückgreifen. Die Abschirmschicht ist bevorzugt an der Außenfläche des Zellengehäuses anliegend oder diese berührend angeordnet.
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Erfindungsgemäß weist die Abschirmschicht zumindest eine vorbestimmte materielle und/oder strukturelle Schwächezone auf. Die Schwächezone kann beispielsweise in der Art der oben beschriebenen Sollbruchstelle realisiert sein. Beispielsweise kann die Schwächezone durch ein bereichsweise ausgedünntes Material der Abschirmschicht realisiert sein. Auch kann eine Einkerbung oder eine anderweitig realisierte strukturelle Schwächung des Materials der Abschirmschicht innerhalb der Schwächezone ausgebildet sein. An die Schwächezone anschließend weist die Abschirmschicht Abschirmbereiche mit einer im Vergleich zur Schwächezone erhöhten materiellen und/oder strukturellen Steifigkeit auf. Bevorzugt weist die Abschirmschicht Außenma-ße auf, die Außenmaßen der die vorbestimmte Durchbruchstelle enthaltenden Außenfläche des Zellengehäuses entsprechen. Mit anderen Worten überdeckt die Abschirmschicht die Außenfläche des Zellengehäuses, die die Durchbruchstelle bereitstellt, bevorzugt im Wesentlichen vollständig.
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Erfindungsgemäß ist die Abschirmschicht derart an der Außenfläche angeordnet oder positioniert, dass die zumindest eine vorbestimmte materielle und/oder strukturelle Schwächezone in Bezug auf die vorbestimmte Durchbruchstelle gegenüberliegend und diese überdeckend angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die Schwächezone und die Durchbruchstelle zueinander fluchtend angeordnet. Die Schwächezone überdeckt die Durchbruchstelle bevorzugt vollständig, insbesondere weist die Schwächezone zumindest die gleichen Abmessungen auf, wie die vorbestimmte Durchbruchstelle. Mit anderen Worten sind Schwächezone und Durchbruchstelle zumindest gleich groß, wobei die Schwächezone auch größer sein kann, als die Durchbruchstelle.
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Erfindungsgemäß weist die Schwächezone eine derartige materielle und/oder strukturelle Schwächung auf, dass sie bei dem Austreten des Gas- und/oder Brandstrahls aus der Batteriezelle irreversibel durchbricht. Indem die Schwächezone durchbricht, entlässt sie den Gas- und/oder Brandstrahl in eine Umgebung der Batteriezelle. Mit anderen Worten durchschlägt ein jeweiliger Gas- und/oder Brandstrahl nicht nur die vorbestimmte Durchbruchstelle der Batteriezelle, sondern auch die vorbestimmte Schwächezone der Abschirmschicht. Die an die Schwächezone anschließenden Abschirmbereiche der Abschirmschicht sind erfindungsgemäß dazu ausgebildet, die Batteriezelle zumindest für eine vorbestimmte Zeitdauer thermisch gegenüber dem entlassenen Gas- und/oder Brandstrahl, insbesondere vollständig, abzuschirmen. Die thermische Abschirmkraft der Abschirmbereiche kann durch eine Wahl eines Materials und/oder einer Dicke der Abschirmschicht realisiert sein. Die vorbestimmte Zeitdauer beträgt bevorzugt zwischen drei und zehn Minuten, insbesondere sechs Minuten.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Batteriezelle effektiv gegen einen von außen auf sie einwirkenden Gas- und/oder Brandstrahl geschützt ist. Insbesondere ist die Batteriezelle gegen reflektierte Anteile des Gas- und/oder Brandstrahls geschützt, die von dem eingangs beschriebenen Brandschutz zum Innenraum einer Fahrgastzelle zurückgeworfen werden können. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung verzichtet auf mechanisch aufwendige Bauteile, wie beispielsweise ein Rückschlagventil, und bietet somit gegenüber bekannten Lösungen den Vorteil, besonders wartungsarm und kostengünstig herstellbar zu sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine vorbestimmte Schwächezone eine Durchtrittsöffnung und ein Verschlusselement umfasst, wobei das Verschlusselement dazu ausgebildet ist, durch den Gas- und/oder Brandstrahl von der Durchtrittsöffnung abgesprengt zu werden. Mit anderen Worten umfasst die Schwächezone eine Durchtrittsöffnung oder Öffnung und ein die Öffnung verschließendes Verschlusselement oder einen Deckel. Der Deckel ist bevorzugt mittels einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit der Durchtrittsöffnung verbunden. Infrage kommt beispielsweise eine geschweißte und/oder geschraubte Verbindung. Auch eine Klemmverbindung ist denkbar. Trifft der Gas- und/oder Brandstrahl nun durch die Durchtrittsöffnung hindurch auf das Verschlusselement, so ist dieses dazu ausgelegt, von der Durchtrittsöffnung abgesprengt und so permanent von dieser getrennt zu werden. Beispielsweise kann eine Schweißnaht zwischen der Durchtrittsöffnung und dem Verschlusselement aus einem Schweißmaterial gebildet sein, welches einen bekannten und vorbestimmten Schmelzpunkt aufweist. Somit kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass die Schwächezone auch unabhängig von einem in dem Innenraum der Batteriezelle vorherrschenden aktuellen Druck bereits bei Eintritt einer vorbestimmten Temperatur nachgibt.
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Alternativ oder zusätzlich weist gemäß einer weiteren Ausführungsform die Abschirmschicht im Bereich der zumindest einen vorbestimmten Schwächezone eine geringere Materialstärke auf, als innerhalb der an die Schwächezone anschließenden Abschirmbereiche. Gemäß dieser Ausführungsform ist also ein mechanischer und/oder thermischer Widerstand oder eine Stärke der Schwächezone über die Materialstärke oder -dicke definiert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass so ausgebildete Schwächezonen besonders einfach herzustellen sind. Beispielsweise kann die Abschirmschicht als ein thermisch isolierendes Blech, beispielsweise ein Stahlblech, ausgestaltet sein, in welches die beschriebenen Schwächezonen mechanisch eingestanzt werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Abschirmschicht einen die vorbestimmte Schwächezone umlaufenden Kragen auf. Eine Kragenwand des Kragens erstreckt sich in einem Winkel zwischen 60 und 90 Grad von der Abschirmschicht weg und ist dazu ausgebildet, den Gas- und/oder Brandstrahl zu kanalisieren und entlang einer vorbestimmten Austrittsrichtung in die Umgebung der Batteriezelle zu entlassen. Mit anderen Worten fungiert der beschriebene Kragen als eine Art Kamin oder Düse für den entlassenen Gas- und/oder Brandstrahl. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer zielgerichteten Ablassrichtung des Gas- und/oder Brandstrahls von der Batteriezelle weg. Dies unterstützt die durch die vorliegende Erfindung erzielte thermische Abschirmung der Batteriezelle. Der Winkel, in dem sich die Kragenwand von der Abschirmschicht weg erstreckt, beträgt zwischen 60 und 90 Grad, insbesondere zwischen 70 und 80 Grad, bevorzugt 75 Grad.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Batteriezelle eine zusätzliche Isolationsschicht auf, wobei die Isolationsschicht im Wesentlichen parallel zu der Abschirmschicht verläuft und durch eine Höhe der Kragenwand von der Abschirmschicht beabstandet angeordnet ist. Die Höhe beträgt bevorzugt zwischen 0,2 und 0,7 Zentimeter, insbesondere zwischen 0,3 und 0,6 Zentimeter, bevorzugt 0,5 Zentimeter. Durch die zusätzliche Isolationsschicht ergibt sich der Vorteil einer verbesserten thermischen Isolation. Außerdem ist durch das Anordnen der Isolationsschicht ein Zwischenraum zwischen Abschirmschicht und Isolationsschicht geschaffen, in dem beispielsweise eine Elektronik der Batteriezelle angeordnet sein kann, welche dann ebenfalls thermisch gegenüber dem Gas- und/oder Brandstrahl geschützt ist.
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Bevorzugt weist eine von der Abschirmschicht abgewandte Oberfläche der Isolationsschicht Führungselemente zum Führen oder Leiten des Gas- und/oder Brandstrahls entlang der Oberfläche auf.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Batterie, umfassend zumindest eine Batteriezelle der oben beschriebenen Art.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Batterie zumindest eine weitere Batteriezelle, wobei die zumindest eine Batteriezelle und die zumindest eine weitere Batteriezelle aneinander gestapelt oder zueinander benachbart angeordnet sind. Mit anderen Worten sind Batteriezellen der Batterie zu Zellstapeln oder Batteriemodulen aneinander anliegend gestapelt. Die Abschirmschicht erstreckt sich hierbei in einen Zwischenraum zwischen der zumindest einen und der zumindest einen weiteren Batteriezelle hinein. Die Abschirmschicht erstreckt sich mit anderen Worten in einen Zwischenraum zwischen benachbarten Batteriezellen. Die Abschirmschicht isoliert so in vorteilhafter Weise zusätzlich die Batteriezellen thermisch gegeneinander. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform weist die Abschirmschicht eine Dicke zwischen 1,1 und 1,7 Millimetern, bevorzugt von 1,5 Millimetern, auf. Die Abschirmschicht wird gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform also nicht nur dazu benutzt, die Batteriezellen thermisch und/oder mechanisch gegenüber einem ausgetretenen Gas- und/oder Brandstrahl zu schützen, sondern zugleich dazu, benachbarte Batteriezellen gegeneinander thermisch zu isolieren. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels eines einzigen Bauteils, nämlich der Abschirmschicht, zwei Effekte erzielt werden können. Dies resultiert in einer besonders platzsparenden Bauweise der erfindungsgemäßen Batterie.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass sich die Abschirmschicht über eine Anzahl N an Batteriezellen der Batterie erstreckt oder diese überdeckt und eine Anzahl X ≤ N an vorbestimmten Schwächezonen aufweist. Mit anderen Worten wird die Abschirmschicht von mehreren Batteriezellen, insbesondere von N Batteriezellen, gemeinsam genutzt. Eine jede der Batteriezellen weist eine Durchbruchstelle der oben beschriebenen Art auf. Die Abschirmschicht weist maximal genauso viele vorbestimmte Schwächezonen auf, wie sie Batteriezellen überdeckt. Das maximale Verhältnis von Durchbruchstellen zu Schwächezonen beträgt also 1 : 1. Es kann demnach auch vorgesehen sein, dass die Abschirmschicht beispielsweise nur zwei vorbestimmte Schwächezonen aufweist, während sie beispielsweise fünf Batteriezellen überdeckt, von denen jede eine eigene Durchbruchstelle aufweist. Die beschriebene Bündelung an Durchbruchstellen pro Schwächezone führt in vorteilhafter Weise zu einer erhöhten Montage-Kompatibilität der Abschirmschicht und der jeweiligen Batterie.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batteriezelle beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie der oben beschriebenen Art. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie und/oder der erfindungsgemäßen Batteriezelle beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie, umfassend mehrere Batteriezellen sowie eine Abschirmschicht;
- 2 eine schematische Darstellung einer Batterie, umfassend mehrere Batteriezellen sowie eine doppellagige Abschirmschicht; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Batterie, umfassend mehrere Batteriezellen sowie aus umgeklappten Abschirmschichten gebildete Zwischenelemente.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Batterie 12. Wie eingangs beschrieben, ist die Batterie 12 bevorzugt als ein elektrischer Energiespeicher zum Speichern einer elektrischen Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug 10, welches bevorzugt ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ist, ausgebildet. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Batterie 12 beispielhaft vier Batteriezellen 14. Die Batteriezellen 14 sind hierbei auf einem Zellenträger 16 angeordnet, der im Folgenden nicht näher beschrieben wird. Zwischen den Batteriezellen 14 und dem Zellenträger 16 ist eine Verfüllmasse 18 angeordnet, welche fortlaufend ebenfalls nicht detailliert beschrieben wird.
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Jede der Batteriezellen 14 weist eine vorbestimmte Durchbruchstelle 15 auf. Bevorzugt ist eine jeweilige Durchbruchstelle 15 an einer dem Zellenträger 16 gegenüberliegenden Seite einer jeweiligen Batteriezelle 14 angeordnet. Entlang der dem Zellenträger 16 gegenüberliegenden Seite erstreckt sich gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform über die vier gezeigten Batteriezellen 14 eine Abschirmschicht 20 hinweg. Die Abschirmschicht 20 weist beispielhaft insgesamt vier vorbestimmte materielle und/oder strukturelle Schwächezonen 22 auf. Die in der 1 gezeigten Schwächezonen 22 umfassen beispielhaft jeweils eine Durchtrittsöffnung 24 und jeweils ein Verschlusselement 26. Die Abschirmschicht 20 kann bevorzugt als eine über die Batteriezellen 14 hinwegreichende durchgehende Schicht ausgebildet sein.
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Wie aus der 1 ersichtlich, liegt eine jede der Schwächezonen 22 einer jeweiligen Durchbruchstelle 15 gegenüber oder ist bezüglich einer jeweiligen Durchbruchstelle 15 fluchtend angeordnet. Kommt es nun, wie oben beschrieben, zu einem schadensfallbedingten Anstieg eines Drucks im Innenraum einer Batteriezelle 14, so tritt ein Gas- und/oder Brandstrahl 28 durch die vorbestimmte Durchbruchstelle 15 aus und durchbricht eine jeweilige Schwächezone 22 irreversibel. In der 1 ist dies beispielhaft an der zweiten Batteriezelle 14 von links gezeigt, wo das Verschlusselement 26 durch den Gas- und/oder Brandstrahl 28 von der Durchtrittsöffnung 24 weggesprengt wird.
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In der Folge kann es dazu kommen, dass der ausgetretene Gas- und/oder Brandstrahl 28 an einem Brandschutzelement 30, welches beispielsweise einen Fahrgastinnenraum gegenüber der Batterie 12 abgrenzt, reflektiert wird. In 1 ist dies beispielhaft anhand der Pfeile 32 dargestellt. Die Abschirmschicht 20 schützt nun die Batteriezellen 14 und/oder die Durchbruchstellen 15 vor dem so zurückschlagenden Gas- und/oder Brandstrahl 28.
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2 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit 1 bezeichneten und beschriebenen Komponenten eine Batterie 12, beispielhaft umfassend vier Batteriezellen 14. In der in 2 gezeigten Ausführungsform weist die Abschirmschicht 20 vier Kragen 36 auf, wobei ein jeweiliger Kragen 36 eine jeweilige Schwächezone 22 umläuft. Ein jeweiliger Kragen 36 umfasst eine Kragenwand 38, welche sich in der beispielhaften Ausführungsform der 2 in einem Winkel von 90 Grad von der Abschirmschicht 20 weg erstreckt. Mit anderen Worten bildet eine jeweilige Kragenwand 38 eine Art Kamin für einen austretenden Gas- und/oder Brandstrahl 28. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Richtung des Gas- und/oder Brandstrahls 28 vorgegeben.
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Eine jeweilige Kragenwand 38 weist eine vorbestimmte Höhe auf. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist im Wesentlichen parallel zu der Abschirmschicht 20 eine Isolationsschicht 34 vorgesehen. Die Isolationsschicht 34 ist um die Höhe der gezeigten Kragenwände 38 von der Abschirmschicht 20 beabstandet. Die Isolationsschicht 34 kann hier nicht gezeigte Führungselemente 40 aufweisen, welche den Gas- und/oder Brandstrahl 28 entlang einer bevorzugten Führungsrichtung 42 entlang einer Oberfläche 44 der Isolationsschicht 34 lenken oder führen. Der gesamte in der 2 gezeigte Aufbau aus Abschirmschicht 20, Isolationsschicht 34 und Brandschutzelement 30 umfasst in der Regel eine Höhe von 1,3 bis 1,8 Zentimetern, bevorzugt 1,5 Zentimeter. Die hier beschriebene Anordnung lässt sich also besonders platzsparend realisieren.
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3 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit den 1 und 2 bezeichneten und beschriebenen Komponenten eine weitere Ausführungsform einer Batterie 12 mit beispielhaft vier Batteriezellen 14. Die Batteriezellen 14 können aneinandergestapelt angeordnet sein, wobei sich zwischen jeweils benachbarten Batteriezellen 14 Zwischenräume 46 ausbilden. Gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform ist eine jeweilige Abschirmschicht 20 einer jeden der Batteriezellen 14 abgeknickt und erstreckt sich in einen jeweiligen Zwischenraum 46 zwischen den benachbarten Batteriezellen 14 hinein. Die Abschirmschicht 20 isoliert hierdurch in vorteilhafter Weise zusätzlich zu ihrem abschirmenden Effekt die benachbarten Batteriezellen 14 thermisch voneinander. Die 3 zeigt eine optionale verstärkende Schicht 48, welche den Abschirmeffekt der Abschirmschichten 20 optional unterstützt. Im Bereich einer jeweiligen vorbestimmten Durchbruchstelle 15 weist eine jeweilige Abschirmschicht 20 eine nicht in 3 gezeigte vorbestimmte Schwächezone 22 auf.
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Die thermisch isolierende Abschirmschicht 20 kann also durch eine ein- oder zweilagige Sandwichbauweise gebildet sein. Das Material der Abschirmschicht 20 isoliert thermisch einen Zelldeckel einer jeweiligen Batteriezelle 14 sowie eine Elektronik der Batterie 12 im Fall einer Entgasung der Batteriezelle 14 vor der hohen Gastemperatur des Brand- und/oder Gasstrahls 28 sowie vor eventuell austretenden korrosiven Materialien.
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Wie oben beschrieben, befindet sich in der Regel zwischen einer Batterie 12 und einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs 10 eine Brandschutzschicht 30, insbesondere ein Stahleinleger, um Fahrgäste zu schützen. Im Fall eines Austretens eines Gas- und/oder Brandstrahls 28 kann dieser durch den Stahleinleger 30 zurückgeworfen werden und auf die Batteriezellen 14 der Batterie 12 auftreffen. Durch die beschriebene Erfindung wird eine thermische Isolierung der Batteriezellen 14 und/oder der Durchbruchstellen 15 der Batteriezellen 14 zum Schutz vor dem zurückgeworfenen Gas- und/oder Brandstrahl 28 bereitgestellt. So wird unter anderem eine thermische Propagation in einem Batteriemodul oder einem Zellstapel oder der Batterie 12 verhindert.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine thermisch isolierende Abschirmschicht oder Modulabdeckung für eine Batterie 12, insbesondere eine Hochvolt-Batterie, bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011078301 A1 [0004]
- DE 102013215552 A1 [0005]
- WO 2010/130760 A1 [0006]
