DE102020114274A1 - Battery with a protective device against a thermal chain reaction and motor vehicle - Google Patents

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Tobias Schmieg
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die Batterie weist eine Schutzeinrichtung zum Vermeiden eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen der Batterie auf. Die Schutzeinrichtung umfasst ein Adsorptionsmaterial, insbesondere ein Zeolithmaterial, und eine darin adsorbierbare Flüssigkeit. In einer ersten Variante ist das Adsorptionsmaterial mit der Flüssigkeit getränkt, wobei im thermischen Fehlerfall entstehende Wärme durch Verdampfen der Flüssigkeit aus dem Adsorptionsmaterial abgeführt und verteilt wird. In einer zweiten Variante wird im thermischen Fehlerfall durch Verdampfen der Flüssigkeit entstehender Dampf in dem bis dahin trockenen Adsorptionsmaterial absorbiert, um eine Kühlung der Batteriezellen zu erreichen.

Figure DE102020114274A1_0000
The invention relates to a battery for a motor vehicle and a motor vehicle equipped therewith. The battery has a protective device for avoiding thermal runaway of battery cells of the battery. The protective device comprises an adsorption material, in particular a zeolite material, and a liquid that can be adsorbed therein. In a first variant, the adsorption material is impregnated with the liquid, with the heat generated in the event of a thermal fault being carried away and distributed by evaporation of the liquid from the adsorption material. In a second variant, in the event of a thermal fault, vapor produced by evaporation of the liquid is absorbed in the adsorption material, which has been dry until then, in order to achieve cooling of the battery cells.
Figure DE102020114274A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug. Die Batterie kann insbesondere eine Fahrzeugbatterie sein und weist eine Schutzeinrichtung zum Vermeiden einer thermischen Kettenreaktion auf.The present invention relates to a battery for a motor vehicle and a corresponding motor vehicle. The battery can in particular be a vehicle battery and has a protective device for avoiding a thermal chain reaction.

Batterien finden heutzutage in vielen technischen Bereichen und Anwendungen zunehmende Verbreitung, so auch im Fahrzeugbereich. Dabei werden zunehmend höhere Anforderungen an die Batterien gestellt, beispielsweise hinsichtlich einer Energiedichte und einer Leistungsabgabe. Damit gehen allerdings auch höhere Anforderungen an die Betriebssicherheit einher. So ist es beispielsweise bekannt, dass insbesondere auf Lithium-Ionen-Technologie basierende Batteriezellen bei einer Beschädigung exotherm reagieren und dann auch angrenzende Batteriezellen beschädigen können. Um dies zu vermeiden, können verschiedene Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise können in der Batterie kostspielige Brandschutz- oder Hitzeschutzmaterialien angeordnet werden, um eine Propagation einer thermischen Kettenreaktion (englisch: thermal runaway) einzudämmen. Damit kann gegebenenfalls eine Erwärmung einer angrenzenden Batteriezelle verzögert werden.Batteries are becoming increasingly popular in many technical areas and applications, including in the automotive sector. Increasingly higher demands are placed on the batteries, for example with regard to energy density and power output. However, this also entails higher demands on operational safety. For example, it is known that battery cells based on lithium-ion technology in particular react exothermically in the event of damage and can then also damage adjacent battery cells. To avoid this, various countermeasures can be taken. For example, expensive fire protection or heat protection materials can be arranged in the battery in order to curb the propagation of a thermal chain reaction (English: thermal runaway). In this way, heating of an adjacent battery cell can be delayed if necessary.

Als weiterer Ansatz zur Verbesserung der Sicherheit einer Batterie ist in der DE 10 2009 045 271 A1 eine Notfallkücheneinrichtung bzw. ein entsprechendes Energiespeichersystem beschrieben. Das Energiespeichersystem kann insbesondere eine Batterie mit einer Anzahl von Batteriezellen sein, die in einem ersten Behälter aufgenommen sind. Dieser ist von einem zweiten Behälter durch ein Trennelement, durch das eine eine Gasexpansion aus dem ersten Behälter ermöglichende Druckdifferenz gegenüber dem zweiten Behälter hergestellt wird. Im Fehlerfall kann durch Zerbrechen der Trennwand die Druckdifferenz aufgehoben werden, wodurch sich letztlich ein Kühleffekt einstellen kann.Another approach to improving the safety of a battery is in the DE 10 2009 045 271 A1 an emergency kitchen facility or a corresponding energy storage system is described. The energy storage system can in particular be a battery with a number of battery cells that are accommodated in a first container. This is separated from a second container by a separating element, by means of which a pressure difference is produced relative to the second container which enables gas expansion from the first container. In the event of a fault, the pressure difference can be canceled by breaking the partition, which ultimately results in a cooling effect.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders sicheren Betrieb einer mehrzelligen Batterie zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.The object of the present invention is to enable particularly safe operation of a multi-cell battery. According to the invention, this object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous refinements and developments of the present invention are specified in the dependent claims, in the description and in the drawing.

Die erfindungsgemäße Batterie kann für ein Kraftfahrzeug verwendet, also eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, sein. Die erfindungsgemäße Batterie weist ein Batteriegehäuse und mehrere darin angeordnete Batteriezellen sowie eine Schutzeinrichtung zum Vermeiden eines thermischen Durchgehens mehrerer der Batteriezellen in einer Kettenreaktion auf. Die Schutzeinrichtung enthält dabei ein Adsorptionsmaterial und eine darin adsorbierbare Flüssigkeit.The battery according to the invention can be used for a motor vehicle, that is to say a vehicle battery, in particular a traction battery. The battery according to the invention has a battery housing and several battery cells arranged therein as well as a protective device for preventing several of the battery cells from thermal runaway in a chain reaction. The protective device contains an adsorption material and a liquid that can be adsorbed therein.

In einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Batterie ist das Adsorptionsmaterial mit der Flüssigkeit getränkt und in einem geschlossenen Adsorptionsbehälter im Bereich der Batteriezellen angeordnet. Dies gilt insbesondere für einen regulären, also fehlerfreien Betrieb der Batterie, also bevor einen der Batteriezellen beschädigt ist oder thermisch durchgeht. Der Adsorptionsbehälter ist dazu eingerichtet bzw. dazu ausgebildet, sich im thermischen Fehlerfall einer der Batteriezellen zu öffnen, sodass die Flüssigkeit durch aus der jeweiligen fehlerhaften Batteriezelle austretende Wärme aus dem Adsorptionsmaterial ausgetrieben wird. Hier wird also durch die im thermischen Fehlerfall, d. h. beim thermischen Durchgehen, einer der Batteriezellen aus dieser Batteriezelle, beispielsweise in Form eines heißen Gasstroms, austretende Wärme von dem mit der Flüssigkeit gesättigten Adsorptionsmaterial aufgenommen. Dies führt zum Verdampfen zumindest eines Teils der Flüssigkeit. Ein Teil der aus der beschädigten Batteriezelle austretenden Wärme wird für einen Phasenübergang der Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand verbraucht und steht somit dann nicht mehr zum direkten Aufheizen von der beschädigten Batteriezelle benachbarten Batteriezellen zur Verfügung.In a first variant of the battery according to the invention, the adsorption material is impregnated with the liquid and arranged in a closed adsorption container in the area of the battery cells. This applies in particular to regular, i.e. error-free, operation of the battery, i.e. before one of the battery cells is damaged or thermally broken. The adsorption container is set up or designed to open in the event of a thermal fault in one of the battery cells, so that the liquid is expelled from the adsorption material by the heat escaping from the respective faulty battery cell. In this case, therefore, by the thermal failure, i. H. during thermal runaway, one of the battery cells from this battery cell, for example in the form of a hot gas flow, absorbs heat escaping from the adsorption material saturated with the liquid. This leads to the evaporation of at least part of the liquid. Part of the heat emerging from the damaged battery cell is used for a phase transition of the liquid to the gaseous state and is therefore no longer available for direct heating of the battery cells adjacent to the damaged battery cell.

Dabei aus der Flüssigkeit entstehender Dampf verteilt sich in der Batterie bzw. in dem Batteriegehäuse oder kann je nach Ausgestaltung aus der Batterie austreten. In jedem Fall wird durch den Dampf Wärme und somit Energie von der beschädigten Batteriezelle und aus deren Umgebung weg transportiert, also abgeführt. Dadurch kann die unmittelbar im Bereich der beschädigten Batteriezelle zum Anstoßen einer thermischen Kettenreaktion zur Verfügung stehende Energie reduziert, also letztlich ein thermisches Durchgehen der benachbarten Batteriezellen verhindert werden.Vapor arising from the liquid is distributed in the battery or in the battery housing or, depending on the configuration, can escape from the battery. In any case, the steam transports heat and thus energy away from the damaged battery cell and its surroundings, i.e. dissipates it. As a result, the energy available directly in the area of the damaged battery cell to initiate a thermal chain reaction can be reduced, i.e., ultimately, thermal runaway of the neighboring battery cells can be prevented.

Der sich verteilende Dampf kann beispielsweise an relativ kälteren Oberflächen, beispielsweise dem Batteriegehäuse, kondensieren. Dadurch sowie durch die relativ große Flüchtigkeit des Dampfes kann die in der beschädigten Batteriezelle entstehende Wärme gleichmäßig in der Batterie verteilt werden, sodass keine lokalen heißen Punkte (Hotspots) entstehen, die zu einer Beschädigung bzw. zu dem thermischen Durchgehen weiterer Batteriezellen führen könnten. Durch die Verteilung der Wärme der beschädigten Batteriezelle durch den Dampf, also die verdampfte Flüssigkeit, kann letztlich also eine gesamte Wärmekapazität der Batterie zum gleichmäßigen und besonders zeitnahen Aufnehmen dieser Wärme genutzt werden. Da sich dabei auch das Batteriegehäuse erwärmen kann, steht dann zudem eine besonders große Oberfläche zum Abgeben der Wärme aus der Batterie zur Verfügung. Insgesamt kann dadurch die Wahrscheinlichkeit für eine thermische Kettenreaktion mehrerer oder aller der Batteriezellen bei Beschädigung einer der Batteriezellen reduziert und somit die Sicherheit im Betrieb der Batterie verbessert werden.The vapor which is distributed can condense, for example, on relatively colder surfaces, for example the battery housing. As a result, as well as the relatively high volatility of the vapor, the heat generated in the damaged battery cell can be evenly distributed in the battery, so that no local hot spots arise that could damage other battery cells or lead to thermal runaway. Due to the distribution of the heat of the damaged battery cell through the vapor, i.e. the evaporated liquid, ultimately the entire thermal capacity of the battery can be used to absorb this heat evenly and particularly promptly. Since the battery housing can also heat up in the process, there is also a a particularly large surface is available for dissipating the heat from the battery. Overall, this can reduce the probability of a thermal chain reaction of several or all of the battery cells in the event of damage to one of the battery cells and thus improve the safety in the operation of the battery.

Wie weiter unten noch näher erläutert wird, kann der Adsorptionsbehälter beispielsweise durch die aus der beschädigten Batteriezelle austretende Wärme bzw. den entsprechenden heißen Gasstrom direkt geöffnet, beispielsweise aufgebrochen oder aufgeschmolzen, werden. Ebenso kann der Adsorptionsbehälter eine Öffnungseinrichtung, beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe oder dergleichen, aufweisen, die als Reaktion auf das thermische Durchgehen bzw. die Beschädigung einer der Batteriezellen automatisch geöffnet werden kann. Dazu kann etwa ein Thermoschalter oder ein Steuergerät vorgesehen sein. Durch das Öffnen des Adsorptionsbehälters im Fehlerfall kann die aus der beschädigten Batteriezelle austretende Wärme vorteilhaft unmittelbar auf das Adsorptionsmaterial einwirken und somit die Flüssigkeit besonders schnell bzw. besonders zeitnah verdampfen. Dadurch kann die Zeitdauer, während derer die der beschädigten Batteriezelle benachbarten Batteriezellen der vollen Wärme oder Temperatur der exothermen Reaktion der beschädigten Batteriezelle ausgesetzt sind, reduziert werden.As will be explained in more detail below, the adsorption container can be opened directly, for example broken open or melted, for example by the heat escaping from the damaged battery cell or the corresponding hot gas flow. The adsorption container can also have an opening device, for example a valve or a flap or the like, which can be opened automatically in response to thermal runaway or damage to one of the battery cells. A thermal switch or a control device can be provided for this purpose. By opening the adsorption container in the event of a fault, the heat escaping from the damaged battery cell can advantageously act directly on the adsorption material and thus vaporize the liquid particularly quickly or particularly promptly. As a result, the period of time during which the battery cells adjacent to the damaged battery cell are exposed to the full heat or temperature of the exothermic reaction of the damaged battery cell can be reduced.

In einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Batterie sind das Adsorptionsmaterial in trockenem Zustand in einem Adsorptionsbehälter und die Flüssigkeit separat davon in einem Flüssigkeitsbehälter angeordnet. Eine Außenwand des Flüssigkeitsbehälters liegt dabei außenseitig an einem Zellgehäuse der Batteriezellen an. Dieses Zellgehäuse kann dabei wenigstens ein Gehäuse einer einzelnen der Batteriezellen sein. Ebenso kann das Zellgehäuse beispielsweise ein Modulgehäuse, also ein Gehäuse eines mehrere der Batteriezellen umfassenden Zellmoduls, sein. Der Flüssigkeitsbehälter kann bevorzugt in direktem, wärmeleitendem Kontakt mit mehreren oder allen der Batteriezellen stehen, also beispielsweise an mehreren individuellen Zellgehäusen anliegen. Die Innenvolumina der beiden Behälter, also des Adsorptionsbehälter und des Flüssigkeitsbehälter, sind hier durch eine Ventileinrichtung voneinander getrennt oder separiert, die dazu eingerichtet bzw. dazu ausgebildet ist, sich im thermischen Fehlerfall einer der Batteriezellen zu öffnen und dadurch die Innenvolumina der beiden Behälter miteinander zu verbinden. Mit anderen Worten sind also das trockene Adsorptionsmaterial und die Flüssigkeit im regulären, fehlerfreien Betrieb der Batterie räumlich voneinander beabstandet und durch die dann geschlossene Ventileinrichtung voneinander getrennt. In diesem Zustand oder Betrieb wird also die Adsorption der Flüssigkeit in das Adsorptionsmaterial durch die Ventileinrichtung verhindert. Dass sich das Adsorptionsmaterial in einem trockenen Zustand befindet, bedeutet hier, dass es freie oder verfügbare Adsorptionskapazität aufweist, also die Flüssigkeit aufnehmen, einlagern oder absorbieren kann.In a further variant of the battery according to the invention, the adsorption material is arranged in the dry state in an adsorption container and the liquid is arranged separately therefrom in a liquid container. An outer wall of the liquid container lies on the outside against a cell housing of the battery cells. This cell housing can be at least one housing of a single one of the battery cells. The cell housing can likewise be, for example, a module housing, that is to say a housing of a cell module comprising a plurality of the battery cells. The liquid container can preferably be in direct, heat-conducting contact with several or all of the battery cells, that is to say, for example, lie against several individual cell housings. The internal volumes of the two containers, i.e. the adsorption container and the liquid container, are separated or separated from one another by a valve device which is set up or designed to open in the event of a thermal failure in one of the battery cells and thereby close the internal volumes of the two containers together associate. In other words, the dry adsorption material and the liquid are spatially separated from one another during regular, error-free operation of the battery and separated from one another by the valve device which is then closed. In this state or operation, the adsorption of the liquid into the adsorption material is prevented by the valve device. The fact that the adsorption material is in a dry state means here that it has free or available adsorption capacity, i.e. that it can take up, store or absorb the liquid.

Analog zum Öffnen des Adsorptionsbehälter in der anderen beschriebenen Variante der erfindungsgemäßen Batterie kann die Ventileinrichtung unmittelbar oder direkt durch die aus der jeweiligen beschädigten Batteriezelle austretende Wärme bzw. den entsprechenden heißen Gasstrom, geöffnet, beispielsweise aufgeschmolzen, werden oder im Fehlerfall automatisch gesteuert geöffnet werden.Analogously to opening the adsorption container in the other described variant of the battery according to the invention, the valve device can be opened, for example melted, or opened automatically in a controlled manner in the event of a fault, either directly or directly by the heat escaping from the respective damaged battery cell or the corresponding hot gas flow.

Durch das Öffnen der Ventileinrichtung wird eine durchgehende Verbindung geschaffen, durch welche die Flüssigkeit bzw. durch Verdampfen der Flüssigkeit entstehender Dampf aus dem Flüssigkeitsbehälter in den Adsorptionsbehälter und zu dem Adsorptionsmaterial gelangen kann. Auch in dieser Variante kann also in der beschädigten Batteriezelle entstehende Wärme durch den Phasenübergang der Flüssigkeit aufgenommen oder verbraucht sowie durch den entstehenden Dampf aus dem Bereich der beschädigten Batteriezelle abgeführt werden. Somit wird auch in dieser Variante der erfindungsgemäßen Batterie die Wahrscheinlichkeit für das thermische Durchgehen der übrigen Batteriezellen, insbesondere der beschädigten Batteriezelle unmittelbar benachbarten Batteriezellen, reduziert und somit die Sicherheit im Betrieb der Batterie verbessert.By opening the valve device, a continuous connection is created through which the liquid or vapor produced by evaporation of the liquid can pass from the liquid container into the adsorption container and to the adsorption material. In this variant, too, the heat generated in the damaged battery cell can be absorbed or consumed by the phase transition of the liquid and can be removed from the area of the damaged battery cell by the resulting vapor. Thus, in this variant of the battery according to the invention, too, the probability of the remaining battery cells, in particular the damaged battery cell immediately adjacent battery cells, being thermally run through is reduced, and the safety during operation of the battery is thus improved.

Das Adsorptionsmaterial kann bevorzugt Zeolith oder ein Zeolithmaterial sein, also etwa ein Material aus der Zeolithgruppe bzw. der Stoffgruppe der Zeolithe, oder ein Zeolith enthaltendes Material oder Stoffgemisch. Derartige Materialien sind aufgrund ihrer Porosität und ihrer großen Oberfläche pro Volumen bzw. Stoffmenge dazu in der Lage, relativ große Mengen von Flüssigkeit aufzunehmen und sind daher für die vorliegende Erfindung besonders geeignet. Durch die Verwendung derartiger Materialien kann ausreichend Flüssigkeit in einem relativ kleinen Volumen oder einer relativ kleinen Menge des Adsorptionsmaterials aufgenommen sein bzw. aufgenommen werden, um die beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen entstehende Wärme aufzunehmen. Die Flüssigkeit muss dabei nicht ausschließlich durch Adsorption in dem Adsorptionsmaterial aufgenommen oder gehalten sein bzw. werden. Ebenso kann zumindest ein Teil der Flüssigkeit beispielsweise in dem Adsorptionsmaterial absorbiert sein oder werden.The adsorption material can preferably be zeolite or a zeolite material, that is to say, for example, a material from the zeolite group or the group of zeolites or a zeolite-containing material or mixture of substances. Due to their porosity and their large surface area per volume or amount of substance, such materials are able to absorb relatively large amounts of liquid and are therefore particularly suitable for the present invention. By using such materials, sufficient liquid can be taken up or taken up in a relatively small volume or a relatively small amount of the adsorbent material in order to take up the heat generated during the thermal runaway of one of the battery cells. The liquid does not have to be absorbed or held in the adsorption material exclusively by adsorption. Likewise, at least part of the liquid can be or will be absorbed in the adsorption material, for example.

Die Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser oder Glykol oder ein Wasser-Glykol-Gemisch oder dergleichen sein oder enthalten. Je nach Auslegung und/oder Einsatz- oder Umgebungsbedingungen der Batterie kann ebenso eine andere Flüssigkeit verwendet werden. Durch entsprechende Auswahl der Flüssigkeit, kann beispielsweise für die jeweilige Situation ein geeigneter Verdampfungspunkt vorgegeben oder eingestellt werden.The liquid can be or contain, for example, water or glycol or a water-glycol mixture or the like. Depending on the design and / or application or environmental conditions of the battery, a different liquid can also be used be used. By appropriate selection of the liquid, for example, a suitable evaporation point can be specified or set for the respective situation.

Die beiden beschriebenen Varianten können ebenso in einer einzigen Batterie miteinander kombiniert werden. Dann kann beispielsweise ein erster Adsorptionsbehälter einen flüssigkeitsgetränkten ersten Teil des Adsorptionsmaterials aufnehmen, während in einem zweiten Adsorptionsbehälter ein trockener zweiter Teil des Adsorptionsmaterials angeordnet sein kann. Die Schutzeinrichtung kann dann also zwei verschiedene Adsorptionsbehälter umfassen oder die Batterie kann zwei entsprechend verschiedene Schutzeinrichtungen aufweisen. Durch eine Kombination der beiden beschriebenen Varianten kann die Sicherheit der Batterie weiter verbessert, also die thermische Kettenreaktion besonders zuverlässig verhindert werden.The two variants described can also be combined with one another in a single battery. Then, for example, a first adsorption container can receive a liquid-soaked first part of the adsorption material, while a dry second part of the adsorption material can be arranged in a second adsorption container. The protective device can then comprise two different adsorption containers or the battery can have two correspondingly different protective devices. By combining the two variants described, the safety of the battery can be further improved, i.e. the thermal chain reaction can be prevented particularly reliably.

In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist bei Verwendung der Schutzeinrichtung in der ersten Variante in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Batterie in dem jeweiligen Kraftfahrzeug der Adsorptionsbehälter in Fahrzeughochrichtung oberhalb der Batteriezellen angeordnet. Der Adsorptionsbehälter kann dabei in Fahrzeughochrichtung insbesondere oberhalb einer Entgasungsöffnung für im thermischen Fehlerfall aus einer der Batteriezellen austretendes Gas angeordnet sein. Dies kann eine Entgasungsöffnung mindestens einer der Batteriezellen, eine Entgasungsöffnung eines mehrere der Batteriezellen umfassenden Zellmoduls oder des Batteriegehäuses, in dem alle Batteriezellen aufgenommen sind, sein. Ebenso kann sich der Adsorptionsbehälter über mehrere derartige Entgasungsöffnungen erstrecken. Bevorzugt kann der Adsorptionsbehälter oberhalb wenigstens einer Entgasungsöffnung wenigstens einer der Batteriezellen oder die Zellmodule der Batterie und dabei zwischen dieser Entgasungsöffnung oder diesen Entgasungsöffnungen einerseits und der Entgasungsöffnung oder einem Überdruckventil des Batteriegehäuses andererseits angeordnet sein. In diesem Fall kann der Adsorptionsbehälter gegebenenfalls also in Fahrzeughochrichtung unterhalb von oder neben der Entgasungsöffnung bzw. dem Überdruckventil des Batteriegehäuses angeordnet sein. Die jeweilige Entgasungsöffnung kann beispielsweise als Sollbruchstelle, die für ein Aufbrechen bei einem bestimmten Innendruck der jeweiligen Batteriezelle oder des jeweiligen Zellmoduls ausgebildet bzw. ausgelegt ist, oder als Überdruckventil ausgebildet sein.In an advantageous embodiment of the present invention, when the protective device is used in the first variant in the intended installation position of the battery in the respective motor vehicle, the adsorption container is arranged in the vertical direction of the vehicle above the battery cells. The adsorption container can be arranged in the vertical direction of the vehicle, in particular above a degassing opening for gas escaping from one of the battery cells in the event of a thermal fault. This can be a degassing opening of at least one of the battery cells, a degassing opening of a cell module comprising a plurality of the battery cells or of the battery housing in which all of the battery cells are accommodated. The adsorption container can also extend over several such degassing openings. The adsorption container can preferably be arranged above at least one degassing opening of at least one of the battery cells or the cell modules of the battery and between this degassing opening or these degassing openings on the one hand and the degassing opening or a pressure relief valve of the battery housing on the other. In this case, the adsorption container can optionally be arranged in the vertical direction of the vehicle below or next to the degassing opening or the pressure relief valve of the battery housing. The respective degassing opening can, for example, be designed as a predetermined breaking point, which is designed or designed to break open at a specific internal pressure of the respective battery cell or the respective cell module, or as a pressure relief valve.

Durch die hier vorgeschlagene Anordnung des Adsorptionsbehälter kann die aus der jeweiligen beschädigten Batteriezelle austretende Wärme bzw. der entsprechende Gasstrom besonders zuverlässig auf den Adsorptionsbehälter treffen, da der aus der beschädigten Batteriezelle austretende Gasstrom sich aufgrund seiner im Vergleich zur Umgebung hören Temperatur nach oben bewegen wird. Zudem kann durch die hier vorgeschlagene Anordnung des Adsorptionsbehälter bei dessen Öffnung im Fehlerfall das Adsorptionsmaterial besonders zuverlässig unmittelbar auf die beschädigte Batteriezelle gelangen, beispielsweise schwerkraftbedingt auf diese herabfallen. Dadurch kann die in der beschädigten Batteriezelle entstehende Wärme besonders effektiv und effizient von dem Adsorptionsmaterial bzw. der darin aufgenommenen Flüssigkeit aufgenommen werden.Due to the arrangement of the adsorption container proposed here, the heat escaping from the respective damaged battery cell or the corresponding gas flow can hit the adsorption container particularly reliably, since the gas flow escaping from the damaged battery cell will move upwards due to its temperature compared to the surroundings. In addition, due to the arrangement of the adsorption container proposed here, when it is opened, in the event of a fault, the adsorption material can directly reach the damaged battery cell in a particularly reliable manner, for example it can fall down on it as a result of gravity. As a result, the heat generated in the damaged battery cell can be absorbed particularly effectively and efficiently by the adsorption material or the liquid contained therein.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in der ersten Variante der erfindungsgemäßen Batterie der Adsorptionsbehälter, in dem also das mit der flüssigkeitsgetränkte Adsorptionsmaterial angeordnet ist, als Folienbeutel ausgebildet. Der Adsorptionsbehälter ist mit anderen Worten aus einem Folienmaterial gebildet. Der Adsorptionsbehälter kann dadurch eine besonders dünne Wandung aufweisen und somit im Fehlerfall besonders schnell und zuverlässig durch die in der beschädigten Batteriezelle entstehende Wärme aufgeschmolzen werden. Somit kann das flüssigkeitsgetränkte Adsorptionsmaterial dann also im Fehlerfall besonders schnell aus dem Adsorptionsbehälter abgegeben werden, um die aus der beschädigten Batteriezelle austretende Wärme unmittelbar aufzunehmen. Zudem kann der Adsorptionsbehälter durch die Ausgestaltung als Folienbeutel flexibel verformbar sein und somit besonders genau und besonders enganliegend und raumsparend an den Batteriezellen unabhängig von deren Form oder Kontur angeordnet sein.In a further advantageous embodiment of the present invention, in the first variant of the battery according to the invention, the adsorption container, in which the adsorption material soaked with the liquid is arranged, is designed as a film bag. In other words, the adsorption container is formed from a film material. As a result, the adsorption container can have a particularly thin wall and can therefore be melted particularly quickly and reliably by the heat generated in the damaged battery cell in the event of a fault. Thus, in the event of a fault, the liquid-soaked adsorption material can then be released particularly quickly from the adsorption container in order to directly absorb the heat emerging from the damaged battery cell. In addition, because it is designed as a film bag, the adsorption container can be flexibly deformable and can thus be arranged on the battery cells in a particularly precise and particularly close-fitting and space-saving manner, regardless of their shape or contour.

Letztlich zumindest im Wesentlichen unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Adsorptionsbehälter kann dieser in der ersten Variante der vorliegenden Erfindung so breit bzw. so lang ausgebildet sein, dass er die Entgasungsöffnungen mehrerer der Batteriezellen oder mehrerer Zellenmodule der Batterie überragt oder überdeckt. Ebenso kann die Batterie mehrere entsprechende Adsorptionsbehälter umfassen, beispielsweise einen pro Zellmodul. Letzteres kann für eine gezielte Wärmeabfuhr von mehreren beschädigten Batteriezellen oder Zellmodulen vorteilhaft sein, da dann auch nach Öffnung eines der Adsorptionsbehälter in einem anderen Bereich der Batterie noch ein ungeöffneter Adsorptionsbehälter vorhanden und somit dort noch flüssigkeitsgetränktes Adsorptionsmaterial zur Verfügung stehen kann, um besonders effektiv Wärme beispielsweise von einer zweiten beschädigten Batteriezelle aufzunehmen und abzuführen. Dadurch kann letztlich die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Batterie bzw. der Schutzeinrichtung auch bei mehreren Beschädigungspunkten, also bei einer komplexen Beschädigung der Batterie sichergestellt bzw. verbessert werden.Ultimately, at least essentially independently of the specific design of the adsorption container, in the first variant of the present invention it can be made so wide or so long that it protrudes or covers the degassing openings of several of the battery cells or several cell modules of the battery. The battery can also comprise several corresponding adsorption containers, for example one per cell module. The latter can be advantageous for the targeted dissipation of heat from several damaged battery cells or cell modules, since then even after opening one of the adsorption containers in another area of the battery there is still an unopened adsorption container and thus liquid-soaked adsorption material can still be available there, for example for particularly effective heat take up and dissipate from a second damaged battery cell. As a result, the safety and reliability of the battery or the protective device can ultimately be increased even if there are several damage points, that is to say in the case of a complex one Damage to the battery can be ensured or improved.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Ventileinrichtung als Schmelzventil ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Ventileinrichtung derart ausgelegt, dass im regulären, fehlerfreien Betrieb der Batterie auftretende Temperaturen unterhalb einer Schmelz- oder Öffnungstemperatur des Schmelzventil liegen, diese aber beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen, insbesondere in einem dabei aus der jeweiligen beschädigten, also fehlerhaften Batteriezelle austretenden Gasstrom, voraussichtlich überschritten wird. Dies kann durch eine entsprechende Materialwahl, beispielsweise abhängig von einer jeweiligen konkreten Zellchemie der Batteriezellen, erreicht werden. Durch die Ausgestaltung der Ventileinrichtung als Schmelzventil kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass dieses im Fehlerfall tatsächlich öffnet, beispielsweise unabhängig davon, ob eine Elektronik oder ein Steuergerät der Batterie oder dergleichen ebenfalls beschädigt ist.In a further advantageous embodiment of the present invention, the valve device is designed as a melt valve. In other words, the valve device is designed in such a way that temperatures occurring during regular, error-free operation of the battery are below a melting or opening temperature of the melting valve, but these are below a melting or opening temperature of the melting valve, but when one of the battery cells is thermally runaway, in particular in one from the respective damaged, i.e. defective battery cell escaping gas flow is likely to be exceeded. This can be achieved by a corresponding choice of material, for example depending on the specific cell chemistry of the battery cells. By designing the valve device as a melt valve, it can be ensured particularly reliably that it actually opens in the event of a fault, for example regardless of whether an electronics or a control device of the battery or the like is also damaged.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Batterie in der zweiten Variante eine Sensorik zum Detektieren eines thermischen Fehlerfalls einer der Batteriezellen sowie ein damit verbundenes Steuergerät. Dieses Steuergerät ist dabei dazu eingerichtet, auf eine entsprechende Detektion eines thermischen Fehlerfalls einer der Batteriezellen hin automatisch die Ventileinrichtung zu öffnen bzw. die Ventileinrichtung zum Öffnen anzusteuern. Die Ventileinrichtung kann hier also mit anderen Worten beispielsweise elektronisch oder durch eine entsprechende Schaltung oder Software gesteuert im Fehlerfall automatisch geöffnet werden. Dies kann eine besonders schnelle Öffnung der Ventileinrichtung im Fehlerfall ermöglichen. Dadurch kann entsprechend die Schutzeinrichtung besonders schnell ihre Wirkung entfalten, wodurch die thermische Kettenreaktion, also die Beschädigung weiterer der Batteriezellen besonders zuverlässig verhindert werden kann. Um ein zuverlässiges Funktionieren der Ansteuerung der Ventileinrichtung im Fehlerfall sicherzustellen, kann beispielsweise eine kabellose Übermittlung eines entsprechenden Steuersignals vorgesehen sein oder eine zum Übertragen des entsprechenden Steuersignals an die Ventileinrichtung vorgesehene Zuleitung oder Datenleitung innerhalb der Schutzeinrichtung oder auf einer von den Batteriezellen abgewandten Seite die Schutzeinrichtung verlaufen, also angeordnet sein.In a further advantageous embodiment of the present invention, the battery in the second variant comprises a sensor system for detecting a thermal fault in one of the battery cells and a control device connected to it. This control device is set up to automatically open the valve device or to control the valve device to open in response to a corresponding detection of a thermal fault in one of the battery cells. In other words, the valve device can be opened automatically in the event of a fault, for example electronically or controlled by a corresponding circuit or software. This can enable the valve device to be opened particularly quickly in the event of a fault. As a result, the protective device can develop its effect particularly quickly, as a result of which the thermal chain reaction, that is to say the damage to further battery cells, can be prevented in a particularly reliable manner. In order to ensure reliable operation of the control of the valve device in the event of a fault, a wireless transmission of a corresponding control signal can be provided, for example, or a supply line or data line provided for transmitting the corresponding control signal to the valve device can run within the protective device or on a side facing away from the battery cells , so be arranged.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist in der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Batterie der Adsorptionsbehälter - zumindest im regulären, fehlerfreien Betrieb oder Zustand der Batterie - einen im Vergleich zu seiner Umgebung reduzierten Innendruck auf. Der Adsorptionsbehälter kann insbesondere ein Vakuum enthalten. Beim Öffnen der Ventileinrichtung im Fehlerfall liegt dieses Vakuum bzw. der reduzierte Innendruck auch an dem Flüssigkeitsbehälter an. Damit ist dann also auch die Flüssigkeit einem entsprechend reduzierten Druck ausgesetzt, wodurch zumindest ein Teil der Flüssigkeit bereits verdampfen kann, bevor diese durch die aus der beschädigten Batteriezelle austretende Wärme auf ihre unter Normaldruck gegebene Verdampfungstemperatur erwärmt wurde. Durch das Verdampfen der Flüssigkeit aufgrund des reduzierten Drucks wird der verbleibenden Flüssigkeit bzw. dem Flüssigkeitsbehälter Wärme entzogen, die verbleibende Flüssigkeit bzw. der Flüssigkeitsbehälter also abgekühlt. Dadurch können dann auch die Batteriezellen abgekühlt werden, wodurch die thermische Kettenreaktion verhindert oder eingedämmt werden kann.In a further advantageous embodiment of the present invention, in the second variant of the battery according to the invention, the adsorption container - at least in regular, fault-free operation or condition of the battery - has an internal pressure that is reduced compared to its surroundings. The adsorption container can in particular contain a vacuum. When the valve device is opened in the event of a fault, this vacuum or the reduced internal pressure is also applied to the liquid container. The liquid is then also exposed to a correspondingly reduced pressure, so that at least part of the liquid can evaporate before it has been heated to its evaporation temperature under normal pressure by the heat emerging from the damaged battery cell. As a result of the evaporation of the liquid due to the reduced pressure, heat is withdrawn from the remaining liquid or the liquid container, and the remaining liquid or the liquid container is therefore cooled. As a result, the battery cells can then also be cooled, whereby the thermal chain reaction can be prevented or contained.

Der durch das zumindest teilweise Verdampfen der Flüssigkeit entstehende Dampf gelangt dann durch die dann offene Ventileinrichtung in den Adsorptionsbehälter und zu dem Adsorptionsmaterial und wird dort absorbiert, also eingelagert. Dadurch wird der in den Innenvolumina der Behälter herrschende Druck wiederum reduziert, wodurch weitere Teile der Flüssigkeit zum Verdampfen gebracht werden und letztlich die Batteriezellen weiter gekühlt werden können.The vapor produced by the at least partial evaporation of the liquid then passes through the valve device, which is then open, into the adsorption container and to the adsorption material, where it is absorbed, that is to say stored. As a result, the pressure prevailing in the interior volumes of the container is in turn reduced, as a result of which further parts of the liquid are made to evaporate and ultimately the battery cells can be cooled further.

Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann das Verdampfen der Flüssigkeit im Fehlerfall also beschleunigt und somit den Batteriezellen besonders schnell und effektiv Wärme entzogen werden. Dadurch kann die Sicherheit der Batterie weiter verbessert werden.Due to the design proposed here, the evaporation of the liquid can therefore be accelerated in the event of a fault and thus heat can be extracted from the battery cells particularly quickly and effectively. This can further improve the safety of the battery.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind in der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Batterie beide Behälter, also der Adsorptionsbehälter und der Flüssigkeitsbehälter, sowie deren Verbindung druck- und temperaturstabil gegenüber beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen erwartungsgemäß auftretenden Drücken und Temperaturen ausgebildet bzw. ausgelegt. Die beiden Behälter sind mit anderen Worten also derart ausgebildet bzw. ausgelegt, dass sie auch im thermischen Fehlerfall dicht bleiben. Die Behälter können also als Druckbehälter und deren Verbindung als Druckleitung ausgebildet sein. Bevorzugt können die Behälter sowie deren Verbindung beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein. Dadurch lässt sich auf besonders einfache Weise ein ausreichend hoher Schmelzpunkt und somit eine entsprechend hohe Temperaturstabilität ebenso wie eine ausreichend hohe Druckstabilität realisieren. Zudem kann ein derartiger metallischer Werkstoff eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, sodass besonders effektiv Wärme aus den Batteriezellen durch die Wandung des Flüssigkeitsbehälters zu der Flüssigkeit geleitet werden kann. Durch die hier vorgeschlagene druck- und temperaturstabile Ausgestaltung der Behälter und der Verbindung kann auch im Fehlerfall die bestimmungsgemäße Führung des Dampfers ebenso sichergestellt werden wie die beschriebene Funktionsweise der Schutzeinrichtung, wenn das Adsorptionsmaterial im regulären, fehlerfreien Betrieb oder Zustand unter reduziertem Innendruck oder Vakuum gehalten wird.In a further advantageous embodiment of the present invention, in the second variant of the battery according to the invention, both containers, i.e. the adsorption container and the liquid container, as well as their connection are pressure and temperature-stable in relation to the pressures and temperatures expected to occur when one of the battery cells thermal runaway. In other words, the two containers are designed or designed in such a way that they remain tight even in the event of a thermal fault. The containers can therefore be designed as pressure vessels and their connection as a pressure line. The containers and their connection can preferably be made of a metallic material, for example. As a result, a sufficiently high melting point and thus a correspondingly high temperature stability as well as a sufficiently high pressure stability can be achieved in a particularly simple manner. In addition, such a metallic material can have a particularly good thermal conductivity, so that particularly effective heat from the battery cells through the Wall of the liquid container can be passed to the liquid. Due to the pressure and temperature-stable design of the container and the connection proposed here, the proper operation of the steamer can also be ensured in the event of a fault, as can the described functionality of the protective device if the adsorption material is kept in regular, fault-free operation or in a state under reduced internal pressure or vacuum .

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Batterie der Adsorptionsbehälter von den Batteriezellen beabstandet. Insbesondere kann der Adsorptionsbehälter durch eine thermische Isolierung von den Batteriezellen getrennt sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da beim Adsorbieren des Dampfers in das Adsorptionsmaterial Wärme entstehen kann. Diese Kondensationswärme kann dann zu einer Erwärmung des Adsorptionsbehälters führen. Durch die räumlich von den Batteriezellen beabstandete und/oder thermisch von den Batteriezellen isolierte Anordnung des Adsorptionsbehälters kann eine Erwärmung der Batteriezellen durch diese Erwärmung des Adsorptionsbehälters verhindert oder reduziert werden. Dadurch kann eine thermische Kettenreaktion der Batteriezellen noch zuverlässiger verhindert werden. Der Adsorptionsbehälter kann dabei innerhalb des Batteriegehäuses, bevorzugt an dessen Außenwand, aber ebenso außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet sein. In letzterem Fall kann dann die Verbindung, also etwa die genannte Verbindungsleitung, die den Adsorptionsbehälter mit dem in dem Batteriegehäuse angeordneten Flüssigkeitsbehälter verbindet, durch eine Außenwand des Batteriegehäuses nach außen geführt sein. Durch die Anordnung des Adsorptionsbehälter außerhalb des Batteriegehäuses oder innenseitig an einer Wandung oder Außenwand des Batteriegehäuses kann durch die Adsorption der Flüssigkeit bzw. des Dampfers in dem Adsorptionsmaterial entstehende Wärme besonders effektiv abgeführt oder abgegeben werden.In a further advantageous embodiment of the present invention, in the second variant of the battery according to the invention, the adsorption container is spaced apart from the battery cells. In particular, the adsorption container can be separated from the battery cells by thermal insulation. This is particularly advantageous since heat can be generated when the steam is adsorbed into the adsorption material. This heat of condensation can then lead to heating of the adsorption container. As a result of the arrangement of the adsorption container spatially spaced from the battery cells and / or thermally insulated from the battery cells, heating of the battery cells as a result of this heating of the adsorption container can be prevented or reduced. As a result, a thermal chain reaction of the battery cells can be prevented even more reliably. The adsorption container can be arranged inside the battery housing, preferably on its outer wall, but also outside the battery housing. In the latter case, the connection, that is to say, for example, the connection line mentioned, which connects the adsorption container to the liquid container arranged in the battery housing, can then be led to the outside through an outer wall of the battery housing. By arranging the adsorption container outside of the battery housing or on the inside on a wall or outer wall of the battery housing, heat generated by the adsorption of the liquid or the vapor in the adsorption material can be dissipated or given off particularly effectively.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Flüssigkeitsbehälter in einen Kühlkreislauf der Batterie, der zum flüssigkeitsbasierten Kühlen der Batterie bzw. der Batteriezellen im regulären, fehlerfreien Betrieb der Batterie vorgesehen ist, integriert. Der Flüssigkeitsbehälter kann also beispielsweise entsprechende Anschlüsse oder Fluidschnittstellen für eine Zuleitung und eine Ableitung aufweisen. Im Betrieb der Batterie bzw. des Kühlkreislauf kann dann also Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsbehälter hindurchfließen oder zirkulieren. Dadurch kann erreicht werden, dass zu jeder Zeit die Flüssigkeit ein Maximum an Wärme aus den Batteriezellen aufnehmen kann. Der Kühlkreislauf der Batterie kann dabei ein Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs sein oder zum Anschließen an einen derartigen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the present invention, the liquid container is integrated into a cooling circuit of the battery, which is provided for liquid-based cooling of the battery or the battery cells in the regular, error-free operation of the battery. The liquid container can therefore have, for example, corresponding connections or fluid interfaces for a supply line and a discharge line. When the battery or the cooling circuit is in operation, liquid can then flow or circulate through the liquid container. This means that the liquid can absorb a maximum of heat from the battery cells at all times. The cooling circuit of the battery can be a cooling circuit of the motor vehicle or can be designed to be connected to such a cooling circuit of the motor vehicle.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das mindestens eine erfindungsgemäße Batterie aufweist, insbesondere als Traktionsbatterie. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie genannte Kraftfahrzeug sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann dementsprechend also einige oder alle der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.Another aspect of the present invention is a motor vehicle that has at least one battery according to the invention, in particular as a traction battery. The motor vehicle according to the invention can in particular be the motor vehicle mentioned in connection with the battery according to the invention. The motor vehicle according to the invention can accordingly have some or all of the properties and / or features mentioned in connection with the battery according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations shown below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without the scope of the invention to leave.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische geschnittene Seitenansicht einer Batterie mit einer Schutzeinrichtung in einer ersten Variante; und
  • 2 eine schematische geschnittene Seitenansicht einer Batterie mit einer Schutzeinrichtung in einer zweiten Variante
The drawing shows in:
  • 1 a schematic sectional side view of a battery with a protective device in a first variant; and
  • 2 a schematic sectional side view of a battery with a protective device in a second variant

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

In heutigen Batterien kann es bei einer Beschädigung einer Zelle zu einer exothermen Reaktion und Entgasung kommen, wobei Energie an benachbarte Zellen weitergegeben und diese dadurch zum Kurzschluss gebracht werden können. Dies kann zu einer Kettenreaktion oder Propagation, auch bezeichnet als thermal runaway, führen, wobei letztlich alle Zellen zerstört werden können. Es wäre daher wünschenswert, eine Möglichkeit zu schaffen, die bei einer thermischen Entgasung einer Zelle entstehende Wärme abzuführen und/oder benachbarte Zellen abzukühlen, um letztendlich die Kettenreaktion bzw. die Propagation der Beschädigung zu verlangsamen oder zu unterbinden.In today's batteries, damage to a cell can lead to an exothermic reaction and degassing, whereby energy can be passed on to neighboring cells and these can be short-circuited. This can lead to a chain reaction or propagation, also known as thermal runaway, in which ultimately all cells can be destroyed. It would therefore be desirable to create a way to dissipate the heat generated during thermal degassing of a cell and / or to cool down neighboring cells in order to ultimately slow down or prevent the chain reaction or the propagation of damage.

Dazu zeigt 1 vorliegend eine schematische geschnittene Seitenansicht einer Batterie 10 in einer ersten Variante. Die Batterie 10 weist hier ein Batteriegehäuse 12 mit Überdruckventilen 14 auf. In dem Batteriegehäuse 12 sind mehrere, hier schematische angedeutete Batteriezellen 16 aufgenommen. Die Batteriezellen 16 weisen ihrerseits eine jeweilige Entgasungsöffnung 18 auf. Zwischen den Entgasungsöffnungen 18 und den Überdruckventilen 14 sind innerhalb des Batteriegehäuses 12 vorliegend Zeolithbehälter 20 angeordnet, die jeweils ein Zeolithmaterial 22 enthalten. Dieses Zeolithmaterial 22 ist mit einer Flüssigkeit 24 getränkt.To do this shows 1 in the present case, a schematic sectional side view of a battery 10 in a first variant. The battery 10 has a battery case here 12th with pressure relief valves 14th on. In the battery case 12th are several, here battery cells indicated schematically 16 recorded. The battery cells 16 in turn have a respective degassing opening 18th on. Between the degassing openings 18th and the pressure relief valves 14th are inside the battery case 12th here zeolite container 20th arranged, each a zeolite material 22nd contain. This zeolite material 22nd is with a liquid 24 soaked.

Beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen 16 trifft ein aus der entsprechenden Entgasungsöffnung 18 austretender heißer Gasstrom dann auf dem jeweiligen darüber angeordneten Zeolithbehälter 20. Dies führt zum Öffnen dieses Zeolithbehälters 20, beispielsweise durch dessen Aufschmelzen, sodass die aus der beschädigten Batteriezelle 16 austretende Wärme direkt auf das getränkte Zeolithmaterial 22 einwirken kann. Dadurch verdampft letztlich die in dem Zeolithmaterial 22 aufgenommene oder enthaltene Flüssigkeit 24. Dabei entstehender Dampf verteilt sich in dem Batteriegehäuse 12. Damit transportiert der Dampf Wärme von der beschädigten Batteriezelle 16 weg und kann zu einer gleichmäßigen Erwärmung der übrigen Batteriezellen 16 sowie des Batteriegehäuses 12 führen. Dadurch wird also eine vorzugsweise und übermäßige Erwärmung der der beschädigten Batteriezelle 16 unmittelbar benachbarten Batteriezellen 16 vermieden.When one of the battery cells thermal runaway 16 comes in from the corresponding vent 18th exiting hot gas stream then on the respective zeolite container arranged above 20th . This leads to the opening of this zeolite container 20th , for example by melting it, so that the damaged battery cell 16 escaping heat directly onto the soaked zeolite material 22nd can act. This ultimately vaporizes the zeolite material 22nd absorbed or contained liquid 24 . The resulting vapor is distributed in the battery housing 12th . In this way, the steam transports heat from the damaged battery cell 16 away and can cause the remaining battery cells to heat up evenly 16 as well as the battery case 12th to lead. This therefore results in preferential and excessive heating of the damaged battery cell 16 directly adjacent battery cells 16 avoided.

Ebenso kann der Dampf beispielsweise durch die Überdruckventile 14 aus dem Batteriegehäuse 12 entweichen. Die Anordnung der Zeolithbehälter 20 an den Überdruckventilen 14 bewirkt dann, dass die Zeolithbehälter 20 besonders zuverlässig dem Dampf ausgesetzt werden. Dadurch kann also, beispielsweise unabhängig von einer Lage der Batterie 10 relativ zu einem lokalen Schwerkraftvektor, besonders zuverlässig erreicht werden, dass die aus der beschädigten Batteriezelle 16 austretende Wärme zumindest einen der Zeolithbehälter 20 erreicht.Likewise, the steam can, for example, through the pressure relief valves 14th from the battery case 12th escape. The arrangement of the zeolite containers 20th on the pressure relief valves 14th then causes the zeolite container 20th exposed to steam particularly reliably. As a result, it can, for example, be independent of a location of the battery 10 relative to a local gravity vector, that can be achieved particularly reliably from the damaged battery cell 16 exiting heat at least one of the zeolite containers 20th achieved.

Die Zeolithbehälter 20 sowie das darin angeordnete Zeolithmaterial 22 und die Flüssigkeit 24 bilden hier eine Schutzeinrichtung der Batterie 10 gegen eine thermische Kettenreaktion oder sind Teil einer solchen Schutzeinrichtung.The zeolite container 20th as well as the zeolite material arranged therein 22nd and the liquid 24 form a protective device for the battery 10 against a thermal chain reaction or are part of such a protective device.

2 zeigt die oder eine Batterie 10 in einer zweiten Variante. Auch hier weist die Batterie 10 ein Batteriegehäuse 12 mit darin angeordneten Batteriezellen 16 auf. Und auch hier können die Batteriezellen 16 jeweilige Entgasungsöffnungen 18 aufweisen, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht separat dargestellt sind. Die Batterie 10 weist auch in der hier dargestellten zweiten Variante eine Schutzeinrichtung auf, die einen Zeolithbehälter 20 mit darin angeordnetem Zeolithmaterial 22 umfasst. Vorliegend ist dieses Zeolithmaterial 22 jedoch trocken, also nicht flüssigkeitsgetränkt. Zudem ist der Zeolithbehälter 20 hier evakuiert, weist also einen im Vergleich zur Umgebung niedrigeren Innendruck auf. Die Schutzeinrichtung umfasst hier weiter einen Flüssigkeitsbehälter 26, in dem die Flüssigkeit 24 separat von dem Zeolithmaterial 22 aufgenommen ist. Der Flüssigkeitsbehälter 26 liegt dabei an den Batteriezellen 16 an, berührt diese also mit einer möglichst großen Fläche direkt, also insbesondere wärmeübertragend oder wärmeleitend. Der Flüssigkeitsbehälter 26 kann dabei auch als Batteriekühler der Batterie 10 fungieren bzw. in einen Kühlkreislauf der Batterie 10 oder eines die Batterie 10 umfassenden Kraftfahrzeugs integriert sein. 2 shows the or a battery 10 in a second variant. Here, too, the battery shows 10 a battery case 12th with battery cells arranged therein 16 on. And here, too, the battery cells can 16 respective vent openings 18th have, which are not shown separately here for the sake of clarity. The battery 10 also has a protective device in the second variant shown here, which is a zeolite container 20th with zeolite material arranged therein 22nd includes. The present is this zeolite material 22nd but dry, so not soaked in liquid. In addition, the zeolite container is 20th evacuated here, so it has a lower internal pressure compared to the surroundings. The protective device here further comprises a liquid container 26th in which the liquid 24 separate from the zeolite material 22nd is recorded. The liquid container 26th is due to the battery cells 16 touches it directly with as large an area as possible, in particular in a heat-transferring or heat-conducting manner. The liquid container 26th can also be used as a battery cooler 10 function or in a cooling circuit of the battery 10 or one the battery 10 comprehensive motor vehicle be integrated.

Der Flüssigkeitsbehälter 26 ist über eine Verbindung 28, beispielsweise eine Druckleitung, mit dem Zeolithbehälter 20 verbunden. Die Verbindung 28 ist dabei an den Batteriezellen 16 entlang oder über diese hinweg geführt. In der Verbindung 28 ist eine Ventileinrichtung 30, beispielsweise ein Schmelzventil, angeordnet. Durch die Ventileinrichtung 30 sind also die Innenvolumina des Zeolithbehälter 20 und des Flüssigkeitsbehälter 26 im regulären, fehlerfreien Betrieb oder Zustand druckdicht voneinander separiert.The liquid container 26th is about a connection 28 , for example a pressure line, with the zeolite container 20th tied together. The connection 28 is on the battery cells 16 guided along or over them. In connection 28 is a valve device 30th , for example a melt valve, arranged. Through the valve device 30th are the internal volumes of the zeolite container 20th and the liquid container 26th in regular, error-free operation or in a pressure-tight state.

Im thermischen Fehlerfall einer der Batteriezellen 16 öffnet sich die Ventileinrichtung 30, wodurch aufgrund der Druckdifferenz oder Druckerniedrigung in der Schutzeinrichtung die Flüssigkeit 24 zumindest teilweise verdampft. Dieser Dampf gelangt dann durch die Verbindung 28 in den Zeolithbehälter 20 und wird in dem Zeolithmaterial 22 adsorbiert und/oder absorbiert. Dadurch werden letztlich die Batteriezellen 16 gekühlt, um eine thermische Kettenreaktion zu vermeiden.In the event of a thermal fault in one of the battery cells 16 the valve device opens 30th , whereby due to the pressure difference or pressure drop in the protective device, the liquid 24 at least partially evaporated. This steam then passes through the joint 28 into the zeolite container 20th and is in the zeolite material 22nd adsorbed and / or absorbed. This ultimately makes the battery cells 16 cooled to avoid a thermal chain reaction.

Der Zeolithbehälter 20 ist hier durch eine thermische Isolierung 32 thermisch von den Batteriezellen 16 isoliert. Durch die thermische Isolierung 32 wird verhindert, dass in dem Zeolithmaterial 22 durch Adsorption oder Kondensation des Dampfers entstehende Wärme zurück in die Batteriezellen 16 gelangt.The zeolite container 20th is here by thermal insulation 32 thermal from the battery cells 16 isolated. Because of the thermal insulation 32 is prevented from being in the zeolite material 22nd Heat generated by adsorption or condensation of the vapor back into the battery cells 16 got.

Die thermische Isolierung 32 kann beispielsweise eine Zwischen- oder Trennwand innerhalb des Batteriegehäuses 12 bilden. Dann kann also auch der Zeolithbehälter 20 innerhalb des Batteriegehäuses 12 aufgenommen sein. Ebenso könnte der Zeolithbehälter 20 beispielsweise ganz oder teilweise außerhalb des Batteriegehäuses 12 angeordnet sein. In diesem Fall könnte die thermische Isolierung 32 beispielsweise eine Außenwand des Batteriegehäuses 12 bilden. Ebenso kann der Zeolithbehälter 20 selbst zumindest bereichsweise eine Außenwand des Batteriegehäuses 12 bilden. Dadurch kann in dem Zeolithbehälter 20 entstehende Wärme direkt an eine Umgebung der Batterie 10 abgegeben werden.The thermal insulation 32 can, for example, be a partition or partition inside the battery housing 12th form. Then the zeolite container can too 20th inside the battery case 12th be included. Likewise could the zeolite container 20th for example wholly or partially outside the battery housing 12th be arranged. In this case it could be the thermal insulation 32 for example an outer wall of the battery housing 12th form. The zeolite container can also 20th itself, at least in some areas, an outer wall of the battery housing 12th form. This allows in the zeolite container 20th generated heat directly to the environment of the battery 10 be delivered.

In beiden hier dargestellten Varianten der Batterie 10 bzw. der entsprechenden Schutzeinrichtung wird eine Wärmeabfuhr bzw. eine Kühlung über den Einsatz von Zeolith oder eines entsprechenden Adsorptionsmaterials dargestellt. Damit kann letztlich eine Wärmeabfuhr und Notkühlung in einem Batteriesystem im thermischen Fehlerfall realisiert werden, um einen besonders sicheren Batteriebetrieb zu ermöglichen.In both battery variants shown here 10 or the corresponding Protective device, a heat dissipation or cooling via the use of zeolite or a corresponding adsorption material is shown. In this way, heat dissipation and emergency cooling can ultimately be implemented in a battery system in the event of a thermal fault in order to enable particularly safe battery operation.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Batteriebattery
1212th
BatteriegehäuseBattery case
1414th
ÜberdruckventilPressure relief valve
1616
BatteriezellenBattery cells
1818th
EntgasungsöffnungenDegassing openings
2020th
ZeolithbehälterZeolite container
2222nd
ZeolithmaterialZeolite material
2424
Flüssigkeitliquid
2626th
FlüssigkeitsbehälterLiquid container
2828
Verbindunglink
3030th
VentileinrichtungValve device
3232
thermische Isolierungthermal insulation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102009045271 A1 [0003]DE 102009045271 A1 [0003]

Claims (10)

Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Batteriegehäuse (12) und mehrere darin angeordnete Batteriezellen (16) sowie eine Schutzeinrichtung zum Vermeiden eines thermischen Durchgehens mehrerer der Batteriezellen (16) in einer Kettenreaktion, wobei die Schutzeinrichtung ein Adsorptionsmaterial (22) und eine darin adsorbierbare Flüssigkeit (24) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Adsorptionsmaterial (22) mit der Flüssigkeit (24) getränkt und in einem geschlossenen Adsorptionsbehälter (20) im Bereich der Batteriezellen (16) angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, sich im thermischen Fehlerfall einer der Batteriezellen (16) zu öffnen, sodass die Flüssigkeit (24) durch aus der fehlerhaften Batteriezelle (16) austretende Wärme aus dem Adsorptionsmaterial (22) ausgetrieben wird, oder b) das Adsorptionsmaterial (22) in trockenem Zustand in einem Adsorptionsbehälter (20) und die Flüssigkeit (24) in einem Flüssigkeitsbehälter (26), dessen Außenwand außenseitig an einem Zellgehäuse der Batteriezellen (16) anliegt, angeordnet sind, wobei die Innenvolumina dieser beiden Behälter durch eine Ventileinrichtung (30) voneinander separiert sind, die dazu eingerichtet ist, im thermischen Fehlerfall einer der Batteriezellen (16) zu öffnen und dadurch die Innenvolumina der Behälter (20, 26) miteinander zu verbinden.A battery (10) for a motor vehicle, comprising a battery housing (12) and a plurality of battery cells (16) arranged therein as well as a protective device for preventing several of the battery cells (16) from thermal runaway in a chain reaction, the protective device being an adsorption material (22) and a contains liquid (24) which can be adsorbed therein, characterized in that a) the adsorption material (22) is impregnated with the liquid (24) and is arranged in a closed adsorption container (20) in the area of the battery cells (16), which is set up to to open one of the battery cells (16) in the event of a thermal failure so that the liquid (24) is expelled from the adsorption material (22) by the heat escaping from the defective battery cell (16), or b) the adsorption material (22) in a dry state in a Adsorption container (20) and the liquid (24) in a liquid container (26), the outer wall of which on the outside at a Z ell housing of the battery cells (16), the internal volumes of these two containers being separated from one another by a valve device (30) which is set up to open one of the battery cells (16) in the event of a thermal fault and thereby reduce the internal volumes of the containers ( 20, 26) to be connected to each other. Batterie (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Variante a) in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Batterie (10) in dem jeweiligen Kraftfahrzeug der Adsorptionsbehälter (20) in Fahrzeughochrichtung oberhalb der Batteriezellen (16), insbesondere oberhalb einer Entgasungsöffnung (18) für im thermischen Fehlerfall aus einer der Batteriezellen (16) austretendes Gas, angeordnet ist.Battery (10) Claim 1 , characterized in that in variant a) in the intended installation position of the battery (10) in the respective motor vehicle, the adsorption container (20) in the vertical direction of the vehicle above the battery cells (16), in particular above a degassing opening (18) for in the event of a thermal failure from one of the Battery cells (16) escaping gas is arranged. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Variante a) der Adsorptionsbehälter (20) als Folienbeutel ausgebildet ist.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in variant a) the adsorption container (20) is designed as a film bag. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (30) als Schmelzventil ausgebildet ist.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve device (30) is designed as a melt valve. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Variante b) die Batterie (10) eine Sensorik zum Detektieren eines thermischen Fehlerfalls einer der Batteriezellen (16) sowie ein damit verbundenes Steuergerät umfasst, dass dazu eingerichtet ist, auf eine entsprechende Detektion hin automatisch die Ventileinrichtung (30) zum Öffnen anzusteuern.The battery (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that in variant b) the battery (10) comprises a sensor system for detecting a thermal fault in one of the battery cells (16) and a control device connected to it that is set up to do so a corresponding detection to automatically control the valve device (30) for opening. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Variante b) der Adsorptionsbehälter (20) einen im Vergleich zu seiner Umgebung reduzierten Innendruck aufweist, insbesondere ein Vakuum enthält.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in variant b) the adsorption container (20) has an internal pressure that is reduced compared to its surroundings, in particular contains a vacuum. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Variante b) beide Behälter (20, 26) sowie deren Verbindung (28) druck- und temperaturstabil gegenüber beim thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen (16) auftretenden Drücken und Temperaturen ausgebildet sind.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in variant b) both containers (20, 26) and their connection (28) are pressure- and temperature-stable in relation to the pressures and temperatures occurring when one of the battery cells (16) runs through are trained. Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Variante b) der Adsorptionsbehälter (20) von den Batteriezellen (16) beabstandet, insbesondere durch eine thermische Isolierung (32) von den Batteriezellen (16) getrennt, ist.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in variant b) the adsorption container (20) is spaced from the battery cells (16), in particular separated from the battery cells (16) by thermal insulation (32). Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter (26) in einen Kühlkreislauf der Batterie (10) zum flüssigkeitsbasierten Kühlen der Batterie (10) in einem fehlerfreien Betrieb integriert ist.Battery (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid container (26) is integrated into a cooling circuit of the battery (10) for liquid-based cooling of the battery (10) in error-free operation. Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere als Traktionsbatterie (10).Motor vehicle, having a battery (10) according to one of the preceding claims, in particular as a traction battery (10).
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