DE102020109634B3

DE102020109634B3 - Batterie mit Desaktivierungseinrichtung sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020109634B3
Application number: DE102020109634.8A
Authority: DE
Inventors: Aron Varga; Amelie Baer; Savo Asanin
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2040-04-08
Also published as: WO2021204474A1; US20230056487A1; CN114930606A; US11764439B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend- zumindest einen Zellverbund (4) mit einer Vielzahl von Batteriezellen (5), wobei die Batteriezellen (5) jeweils ein Zellgehäuse (6) mit einem Entgasungselement (7) zum Auslassen eines im Fehlerfall im Zellgehäuse (6) entstehenden Heißgases aufweisen,- ein Batteriegehäuse (2) mit Gehäusewänden (9), welche einen Aufnahmeraum (3) zum Aufnehmen des zumindest einen Zellverbunds (4) umschließen, und- eine in dem Aufnahmeraum (3) des Batteriegehäuses (2) angeordnete Desaktivierungseinrichtung (11), welche zumindest eine mit einem brandfördernden Mittel (13) gefüllte Hülle (12) aufweist, wobei die Hülle (12) bei Beaufschlagung mit dem ausgelassenen Heißgas zumindest einer Batteriezelle (5) dazu ausgelegt ist, das brandfördernde Mittel (13) freizugeben, und wobei das brandfördernde Mittel (13) dazu ausgelegt ist, zum Desaktivieren des Heißgases ein kontrolliertes Abbrennen des Heißgases innerhalb des Aufnahmeraums (3) zu fördern und damit ein Entzünden des Heißgases außerhalb des Aufnahmeraums (3) in einer Umgebung (10) der Batterie (1) zu vermeiden. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest einen Zellverbund mit einer Vielzahl von Batteriezellen, wobei die Batteriezellen jeweils ein Zellgehäuse mit einem Entgasungselement zum Auslassen eines im Fehlerfall in dem Zellgehäuse entstehenden Heißgases aufweisen. Die Batterie weist außerdem ein Batteriegehäuse mit Gehäusewänden auf, welche einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen des zumindest einen Zellverbunds umschließen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie.
Aus den Druckschriften DE 10 2018 112 284 A1 und DE 10 2013 216 296 A1 sind Batterien mit Löschvorrichtungen bekannt. Vorliegend richtet sich das Interesse auf wiederaufladbare Batterien bzw. Akkumulatoren, welche beispielsweise als Traktionsbatterien im Antriebsstrang elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden können. Solche Batterien weisen üblicherweise zumindest einen Zellverbund mit einer Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen auf, welche in einem Aufnahmeraum eines Batteriegehäuses der Batterie angeordnet sind. Die Batteriezellen können beispielsweise prismatische Batteriezellen mit flachquaderförmigen Zellgehäusen, Rundzellen mit zylindrischen Zellgehäuse oder Pouchzellen mit flexiblen, folienartigen Zellgehäusen sein.
Die Zellgehäuse weisen dabei üblicherweise ein Entgasungselement, beispielsweise eine Berstmembran, auf. Über dieses Entgasungselement kann im Fehlerfall, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss einer Batteriezelle, ein in dem Zellgehäuse dieser Batteriezelle entstehendes Heißgas in den Aufnahmeraum des Batteriegehäuses entweichen. Dieses Heißgas kann nun außerhalb des Zellgehäuses mit Sauerstoff reagieren und sich entzünden. Dabei sollen das Entzünden des Heißgases und eine damit verbundene Flammenbildung außerhalb des Aufnahmeraumes in einer Umgebung der Batterie verhindert werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie ein Entzünden von Heißgas außerhalb eines Batteriegehäuses einer Batterie eines Kraftfahrzeugs auf einfache Weise verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
Eine erfindungsgemäße Batterie für ein Kraftfahrzeug Batterie für ein Kraftfahrzeug weist zumindest einen Zellverbund mit einer Vielzahl von Batteriezellen auf, wobei die Batteriezellen jeweils ein Zellgehäuse mit einem Entgasungselement zum Auslassen eines im Fehlerfall in dem Zellgehäuse entstehenden Heißgases aufweisen. Außerdem weist die Batterie ein Batteriegehäuse mit Gehäusewänden, welche einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen des zumindest einen Zellverbunds umschließen, auf. Darüber hinaus weist die Batterie eine in dem Aufnahmeraum des Batteriegehäuses angeordnete Desaktivierungseinrichtung auf, welche zumindest eine mit einem brandfördernden Mittel gefüllte Hülle aufweist. Die Hülle ist bei Beaufschlagung mit dem ausgelassenen Heißgas zumindest einer Batteriezelle dazu ausgelegt, das brandfördernde Mittel freizugeben. Das brandfördernde Mittel ist dazu ausgelegt, zum Desaktivieren des Heißgases ein kontrolliertes Abbrennen des Heißgases innerhalb des Aufnahmeraums zu fördern und damit ein Entzünden des Heißgases außerhalb des Aufnahmeraums in einer Umgebung der Batterie zu vermeiden.
Die Batterie kann als eine Traktionsbatterie, beispielsweise in Form von einer Hochvoltbatterie bzw. einem Hochvoltakkumulator, für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Die Batteriezellen der Batterie sind wiederaufladbare Batteriezellen und können beispielsweise Rundzellen, prismatische Zellen oder Pouchzellen sein. Die Batteriezellen weisen jeweils ein galvanisches Element auf, welches in dem Zellgehäuse der jeweiligen Batteriezelle angeordnet ist. Das Zellgehäuse weist das Entgasungselement auf. Das Entgasungselement kann beispielsweise eine Berstmembran oder ein Ventil sein und im Normalfall, also ohne Vorliegen des Fehlerfalls, eine Entgasungsöffnung in einer Wand des Zellgehäuses bedecken. Im Fehlerfall, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss der Batteriezelle, steigt ein Innendruck in dem Zellgehäuse, welcher dazu führt, dass das Entgasungselement, beispielsweise durch Bersten der Berstmembran oder durch Öffnen des Ventils, die Entgasungsöffnung freigibt. So kann das Heißgas zum Innendruckabbau der Batteriezelle aus dem Zellgehäuse entweichen.
Der zumindest eine Zellverbund, welcher beispielsweise als ein Zellstapel aus aneinander gestapelten prismatischen Batteriezellen gebildet sein kann, ist in dem Batteriegehäuse angeordnet. Das Batteriegehäuse ist insbesondere aus einem stabilen, metallischen Werkstoff, beispielsweise Stahl oder Aluminium, gebildet. Die Gehäusewände können beispielsweise ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil sein, welche den Aufnahmeraum umschließen. Das Batteriegehäuse weist insbesondere zumindest eine in einer der Gehäusewände angeordnete Entgasungseinheit zum Auslassen von Heißgas aus dem Aufnahmeraum in eine Umgebung der Batterie auf. Um nun zu verhindern, dass das Heißgas einer entgasenden Batteriezelle aus dem Aufnahmeraum austritt, beispielsweise wenn die entgasende Batteriezelle nahe an der Entgasungseinheit des Batteriegehäuses angeordnet ist, und sich dieses ausgetretene Heißgas an der Umgebungsluft entzündet, weist die Batterie die Desaktivierungseinrichtung auf.
Die Desaktivierungseinrichtung weist die zumindest eine mit dem brandfördernden Mittel gefüllte Hülle auf. Die Hülle ist insbesondere an einer den Entgasungselementen der Batteriezellen zugewandten Innenseite einer Gehäusewand, beispielsweise des Gehäuseoberteils, des Batteriegehäuses angeordnet und dort befestigt. Beispielsweise kann die zumindest eine Hülle an die Innenseite der Gehäusewand angeklebt sein. In der Hülle ist im Normalfall, also bei Abwesenheit des Heißgases, das brandfördernde Mittel angeordnet. Die Hülle ist insbesondere wasserdicht und verhindert ein Austreten des brandfördernden Mittels im Normalfall. Die Hülle kann eine Folie sein. Die Folie ist beispielsweise eine Polymerfolie, insbesondere eine Polyethylenfolie. Das brandfördernde Mittel ist insbesondere als ein Oxidationsmittel in Form von einem Pulver und/oder einer Flüssigkeit ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Oxidationsmittel durch ein Permanganat und/oder Natriumpercarbonat und/oder Wasserstoffperoxid und/oder Natriumperborat gebildet sein.
Sobald die Hülle mit Heißgas beaufschlagt wird, gibt diese das brandfördernde Mittel frei. Beispielsweise kann die Hülle aufgrund der Hitze des Heißgases reißen oder schmelzen und damit das brandfördernde Mittel freisetzen. Das freigesetzte brandfördernde Mittel kann mit dem Heißgas der zumindest einen entgasenden Batteriezelle reagieren. Dadurch wird unter kontrollierten Bedingungen innerhalb des Batteriegehäuses ein Brand entfacht, durch welchen das Heißgas abreagiert bzw. desaktiviert wird. Der Brand verbleibt dabei in dem Batteriegehäuse. Hierfür ist das Batteriegehäuse insbesondere dazu ausgelegt, das kontrolliert herbeigeführte Abbrennen in dem Aufnahmeraum zu halten. Vorzugsweise ist das Batteriegehäuse aus einem feuerfesten Material ausgebildet. Sobald das Heißgas durch das Abbrennen desaktiviert ist, kann es beispielsweise über die Entgasungseinheit des Batteriegehäuses in die Umgebung austreten. Dort entzündet es sich aufgrund der Desaktivierung nicht erneut, sodass in vorteilhafter Weise eine Flammenbildung außerhalb des Batteriegehäuses verhindert werden kann.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet und weist die Batterie als Traktionsbatterie auf.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Batterie vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie 1.
Die Batterie 1, welche als Traktionsbatterie für ein hier nicht gezeigtes Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, weist ein Batteriegehäuse 2 auf, in dessen Aufnahmeraum 3 ein Zellverbund 4 angeordnet ist. Der Zellverbund 4 weist eine Vielzahl von Batteriezellen 5 auf. Hier ist der Zellverbund 4 als ein Zellstapel aus aneinander gestapelten prismatischen Batteriezellen 5 ausgebildet. Die Batteriezellen 5 weisen jeweils ein Zellgehäuse 6 mit einem Entgasungselement 7 auf. Das Entgasungselement 7 einer Batteriezelle 5 ist dazu ausgelegt, ein im Fehlerfall der Batteriezelle 5 entstehendes Heißgas aus dem Zellgehäuse 6 in den Aufnahmeraum 3 entweichen zu lassen. Das Entgasungselement 7 kann beispielsweise als eine Berstmembran ausgebildet sein.
Die Entgasung einer Batteriezelle 5 kann auf andere Batteriezelle 5 übertreten und somit eine Kettenreaktion an Entgasungen auslösen. Dadurch sammelt sich in dem Aufnahmeraum 3 Heißgas. Wenn dieses Heißgas über eine Entgasungseinheit 8 des Batteriegehäuses 2, welche in einer Gehäusewand 9 des Batteriegehäuses 2 angeordnet ist, aus dem Aufnahmeraum 3 in eine Umgebung 10 der Batterie 1 entweicht, so könnte sich das Heißgas dort entzünden und es könnte ein Brand außerhalb des Batteriegehäuses 2 entstehen.
Um dies zu verhindern, weist die Batterie 1 eine Desaktivierungseinrichtung 11 auf. Die Desaktivierungseinrichtung 11 ist in dem Aufnahmeraum 3, also innerhalb des Batteriegehäuses 2, angeordnet. Die Desaktivierungseinrichtung 11 weist eine Hülle 12 auf, in welcher ein brandförderndes Mittel 13 bzw. Oxidationsmittel angeordnet ist. Das brandfördernde Mittel 13 ist beispielsweise in Pulverform in der Hülle 12 angeordnet. Wenn die Hülle 12 aufgrund der Entgasung zumindest einer der Batteriezellen 5 mit dem Heißgas dieser Batteriezelle 5 beaufschlagt wird, so gibt sie das brandfördernde Mittel 13 frei. Die Hülle 12 kann dabei eine Folie sein, welche schmilzt, wenn sie dem Heißgas ausgesetzt ist. Das brandfördernde Mittel 13 reagiert dabei mit dem Heißgas und führt zu einem Abbrennen des Heißgases innerhalb des Batteriegehäuses 2. Dadurch wird das Heißgas desaktiviert und kann im desaktivierten Zustand über die Entgasungseinheit 8 aus dem Aufnahmeraum 3 in die Umgebung 10 entweichen. Durch das brandfördernde Mittel 13 wird also das Heißgas unter kontrollierten Bedingungen innerhalb des Batteriegehäuses 2 entzündet, welches daraufhin abbrennt und desaktiviert wird. So kann verhindert werden, dass das Heißgas unkontrolliert, beispielsweise in der Umgebung 10 mit der Umgebungsluft 10, weiterreagiert.

Claims

Batterie (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend - zumindest einen Zellverbund (4) mit einer Vielzahl von Batteriezellen (5), wobei die Batteriezellen (5) jeweils ein Zellgehäuse (6) mit einem Entgasungselement (7) zum Auslassen eines im Fehlerfall in dem Zellgehäuse (6) entstehenden Heißgases aufweisen, - ein Batteriegehäuse (2) mit Gehäusewänden (9), welche einen Aufnahmeraum (3) zum Aufnehmen des zumindest einen Zellverbunds (4) umschließen, gekennzeichnet durch eine in dem Aufnahmeraum (3) des Batteriegehäuses (2) angeordnete Desaktivierungseinrichtung (11), welche zumindest eine mit einem brandfördernden Mittel (13) gefüllte Hülle (12) aufweist, wobei die Hülle (12) bei Beaufschlagung mit dem ausgelassenen Heißgas zumindest einer Batteriezelle (5) dazu ausgelegt ist, das brandfördernde Mittel (13) freizugeben, und wobei das brandfördernde Mittel (13) dazu ausgelegt ist, zum Desaktivieren des Heißgases ein kontrolliertes Abbrennen des Heißgases innerhalb des Aufnahmeraums (3) zu fördern und damit ein Entzünden des Heißgases außerhalb des Aufnahmeraums (3) in einer Umgebung (10) der Batterie (1) zu vermeiden.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (2) zumindest eine, in einer der Gehäusewände (9) angeordnete Entgasungseinheit (8) zum Auslassen des durch das Abbrennen desaktivierten Heißgases aus dem Aufnahmeraum (3) in die Umgebung (10) der Batterie (1) aufweist.
Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (2) dazu ausgelegt ist, das kontrolliert herbeigeführte Abbrennen des Heißgases in dem Aufnahmeraum (3) zu halten.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (2) aus einem feuerfesten Material ausgebildet ist.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das brandfördernde Mittel (13) als ein Oxidationsmittel in Form von einem Pulver und/oder einer Flüssigkeit ausgebildet ist.
Batterie (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel durch ein Permanganat und/oder Natriumpercarbonat und/oder Wasserstoffperoxid und/oder Natriumperborat gebildet ist.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (12) als ein Folie, insbesondere eine Polymerfolie, ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.