DE102020120041A1 - Batteriesystem und Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10), umfassend eine Vielzahl von in einem Batteriegehäuse (16) angeordneten Batteriezellen (12), wobei ein Zellengehäuse (18) einer jeweiligen Batteriezelle (12) und/oder das Batteriegehäuse (16) zumindest eine Entgasungsöffnung (20) aufweist, durch die ein Gasstrom entlang eines vorbestimmten Entgasungspfades (26) in eine Umgebung der Batteriezelle (12) und/oder des Batteriesystems (10) entweichen kann. Eine Funkensperre (24) verhindert, dass Funken und/oder Partikel mit dem Gasstrom in die Umgebung austreten und diesen dort entzünden können. Die Funkensperre (24) wirkt dabei zusätzlich als Wärmetauscher für den Gasstrom. Sie ist dazu ausgebildet, den Gasstrom abzubremsen und derart entlang einer Oberfläche der Funkensperre (24) zu leiten, dass er zumindest für eine vorbestimmte Dauer entlang der Oberfläche strömt. Hierdurch wird dem Gasstrom eine thermische Ausgangsenergie in dem Maße entzogen, dass eine Temperatur des Gasstroms bei einem Entweichen in die Umgebung auf einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Grenztemperaturwerts abgesunken ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem.
  • Ein Batteriesystem im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl einzelner Batteriezellen, die in einem Batteriegehäuse des Batteriesystems angeordnet sind. Eine jeweilige Batteriezelle kann als eine Pouchzelle, als eine prismatische Zelle oder auch als eine Rundzelle ausgebildet sein. Bekannte Batteriezellen der genannten Art umfassen eine galvanische Zelle, wobei die galvanische Zelle eine Anode und eine Kathode aufweist, welche durch einen Separator oder eine Separatorfolie elektrisch gegeneinander isoliert und zu einem Zellwickel angeordnet sein können. Der beschriebene Zellwickel ist durch ein Zellengehäuse der jeweiligen Batteriezelle umschlossen und in einen Elektrolyten oder eine Elektrolytlösung eingebettet. Eine solche Batteriezelle kann eine elektrische Spannung zwischen 3 und 5 Volt, insbesondere zwischen 3,5 und 4,5 Volt, bereitstellen. Die Vielzahl der Batteriezellen eines solchen Batteriesystems kann elektrisch derart in Reihe und/oder parallel verschaltet sein, dass elektrische Spannungen und Ströme bereitgestellt werden können, die dazu geeignet sind, eine elektrische Antriebsenergie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bereitzustellen.
  • Es ist bekannt, dass ein Zellfehler innerhalb der galvanischen Zelle oder auch ein Alterungsprozess innerhalb der galvanischen Zelle dazu führen kann, dass es zu einer Gasbildung in einem Innenraum des jeweiligen Zellengehäuses kommt. Um einen durch die Gasbildung erhöhten Zellendruck abzubauen, weisen bekannte Zellengehäuse und/oder Batteriegehäuse Entgasungsöffnungen oder Berstöffnungen auf, durch die das Gas in eine Umgebung der Batteriezelle und/oder des Batteriesystems entlassen werden kann. Je nachdem, welche Zellchemie in der betroffenen galvanischen Zelle vorherrscht, kann das Gas eine gegenüber einer Umgebungsluft erhöhte Brennbarkeit aufweisen. Außerdem beeinflusst die Zellchemie eine Temperatur des Gases. Je nach Zellchemie können Gastemperaturen von bis zu 1500 Grad Celsius auftreten.
  • Um ein Entzünden eines solchen Gases durch eine von außen in das Zellengehäuse und/oder das Batteriegehäuse eindringende Flamme zu verhindern, schlagen die GB 1355831 und die WO 2013/128226 A1 jeweils Flammensperren vor.
  • Das Entzünden des Gases durch von außen in das Zellengehäuse eindringende Flammen ist jedoch nicht das einzige Problem. Bekanntermaßen kann es vorkommen, dass in dem gebildeten Gas Partikel und/oder Funken mitgeführt werden. Kommt ein solcher partikel- und/oder funkenbeladener Gasstrom mit einer gegenüber einem Batteriemilieu oder Innenraummilieu der Batterie mit Sauerstoff angereicherten Umgebungsluft in Kontakt, so kann der Gasstrom durch die mitgeführten Funken entzündet werden. Die EP 2 849 257 A1 bietet als Lösung dieses Problems eine an einer Entgasungsöffnung angeordnete Funkensperre zum Filtern der Funken aus dem Gasstrom an. Der Nachteil hierbei ist, dass der Gasstrom nach einem Durchlaufen der Funkensperre zwar von Funken und/oder Partikeln befreit sein mag, jedoch wird er in der Regel noch immer eine Temperatur aufweisen, die potentiell ausreichend ist, um zu einer spontanen Selbstentzündung des Gasstroms bei Kontakt mit der mit Sauerstoff angereicherten Umgebungsluft zu führen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betriebssicherheit für ein Batteriesystem der eingangs beschriebenen Art im Falle eines Gasaustritts weiter zu erhöhen.
  • 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.
  • Durch die Erfindung ist ein Batteriesystem bereitgestellt, das eine Vielzahl von in einem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen aufweist. Eine jeweilige Batteriezelle weist ein eine galvanische Zelle zumindest teilweise umschließendes Zellengehäuse auf. Mit anderen Worten umfasst eine jeweilige Batteriezelle zumindest eine galvanische Zelle, wobei diese zumindest teilweise durch ein Zellengehäuse umschlossen ist. Bei der Batteriezelle kann es sich um eine Pouchzelle, eine prismatische Zelle oder um eine Rundzelle handeln. Das Zellengehäuse und/oder das Batteriegehäuse des Batteriesystems weist zumindest eine Entgasungsöffnung auf, die dazu ausgebildet ist, einen Gasstrom entlang eines vorbestimmten Entgasungspfades aus einem Innenraum des Zellengehäuses und/oder des Batteriegehäuses in eine Umgebung der Batteriezelle und/oder in eine Umgebung des Batteriesystems entweichen zu lassen. In anderen Worten stellt also das Zellengehäuse einer jeweiligen Batteriezelle und/oder das Batteriegehäuse des Batteriesystems eine mechanische und/oder strukturelle und/oder materielle Schwachstelle bereit, welche bei einer eingangs beschriebenen Gasbildung das Gas in einer definierten oder vorbestimmten Art und Weise ausströmen lässt. Für den Fall, dass die Entgasungsöffnung in einer Gehäusewand des Zellengehäuses angeordnet ist, wird also der Gasstrom zunächst aus der Batteriezelle in einen Innenraum des Batteriegehäuses entweichen. Weist das Batteriegehäuse ebenfalls zumindest eine solche Entgasungsöffnung auf, so kann das aus der Batteriezelle entlassene Gas in dem Innenraum des Batteriegehäuses, insbesondere entlang eines vorbestimmten Entgasungspfades, zu der zumindest einen Entgasungsöffnung des Batteriegehäuses hingeleitet und durch diese in eine Umgebung des Batteriegehäuses entlassen werden. Entlang des Entgasungspfades ist eine Funkensperre angeordnet, die dazu ausgebildet ist, Funken und/oder Partikel aus dem Gasstrom zu filtern oder zurückzuhalten.
  • Erfindungsgemäß ist die Funkensperre dazu ausgebildet, neben der beschriebenen Filterfunktion eine Wärmetauscherfunktion zu übernehmen. Mit anderen Worten ist die Funkensperre also dazu ausgebildet, in der Art eines Wärmetauschers zu wirken. Hierzu ist die Funkensperre derart ausgebildet, dass sie eine Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms gegenüber einer Ausgangsgeschwindigkeit herabsetzt und so den Gasstrom abbremst. Zusätzlich leitet die Funkensperre den Gasstrom entlang einer Oberfläche der Funkensperre. Dies kann durch Kanäle entlang der Oberfläche realisiert sein, die zum einen die Oberfläche vergrößern und zum anderen eine lenkende oder leitende Wirkung auf den Gasstrom ausüben. Durch das Abbremsen wird der Gasstrom für eine vorbestimmte Dauer innerhalb der Funkensperre zurückgehalten, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Gasstrom und dem Material der Funkensperre stattfinden kann. Mit anderen Worten ist die Funkensperre dazu ausgebildet, eine Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms herabzusetzen und den Gasstrom entlang einer Oberfläche der Funkensperre zu leiten, sodass der Gasstrom zumindest für eine vorbestimmte Dauer entlang der Oberfläche strömt.
  • Erfindungsgemäß sind die Dauer, die Oberfläche und die herabgesetzte Strömungsgeschwindigkeit derart aufeinander abgestimmt, dass dem Gasstrom eine thermische Ausgangsenergie in dem Maße entzogen wird, dass eine Temperatur des Gasstroms bei einem Entweichen in die Umgebung auf einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Grenztemperaturwerts abgesunken ist. Hierbei besteht insbesondere Gestaltungsspielraum, was die Ausgestaltung der Oberfläche der Funkensperre angeht. Je nach Wahl einer geometrischen Form und/oder eines Materials der Oberfläche kann eine Wärmeentzugsleistung der Oberfläche in Bezug auf die thermische Energie des Gasstroms variiert werden. Wird beispielsweise für die Oberfläche ein hoch wärmeleitfähiges Material gewählt, so kann die Dauer, für die der Gasstrom entlang der Oberfläche strömen muss, herabgesetzt werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Flexibilität hinsichtlich einer bestmöglichen Ausnutzung eines vorhandenen Bauraums.
  • Erfindungsgemäß findet also ein Wärmetausch über die Oberfläche der Funkensperre und/oder durch die Länge des Strömungspfades innerhalb der Funkensperre statt. In vorteilhafter Weise wird dadurch erreicht, dass der Gasstrom bei Kontakt mit der Umgebungsluft seine Temperatur derart verringert hat, dass eine Selbstentzündung des Gases verhindert ist. Eine aktive Regelung des Wärmeaustauschs ist nicht erforderlich, da die Funkensperre in Abhängigkeit von einer Selbstentzündungstemperatur eines potentiell austretenden Gases dimensioniert werden kann. Es kann also darauf verzichtet werden, eine Temperaturmessung an dem Gas durchzuführen, bevor es in die Umgebung entlassen wird, da durch die Auslegung der Funkensperre sichergestellt ist, dass das Gas bei Austritt in die Umgebung auf einen Wert unterhalb seiner jeweiligen Selbstentzündungstemperatur abgekühlt ist oder wurde. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das gesamte Wärmetauschersystem besonders verschleißarm und zuverlässig betrieben werden kann.
  • Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die galvanische Zelle einen Elektrolyten mit einer vorbestimmten chemischen Zusammensetzung aufweist, wobei der vorbestimmte Grenztemperaturwert in Abhängigkeit von zumindest einem zellchemischen Parameter der chemischen Zusammensetzung bestimmt ist. Die chemische Zusammensetzung kann beispielsweise ein Verhältnis von Nickel:Mangan:Kobalt beschreiben. Das Verhältnis kann beispielsweise 8:1:1 betragen. Je nach Verhältnis der genannten Mengenanteile der Elemente zueinander kann sich eine unterschiedliche Selbstentzündungstemperatur für einen aus einer solchen galvanischen Zelle entgasenden Gasstrom ergeben. Je nach verwendetem Elektrolyten kann also ein anderer Grenztemperaturwert auftreten, wobei durch die Auslegung der Funkensperre mit Wärmetauscherfunktion sichergestellt ist, dass der Gasstrom bei Entweichen in die Umgebung des Batteriesystems unterhalb des jeweiligen Grenztemperaturwerts liegt.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Funkensperre zumindest bereichsweise eine Schwammstruktur mit einem offenen Porenraum aufweist, wobei der offene Porenraum der Schwammstruktur dazu ausgebildet ist, von dem Gasstrom durchströmt zu werden. Die Funkensperre kann also zumindest bereichsweise durch ein aufgeschäumtes Material, beispielsweise aufgeschäumtes Glas, gebildet sein. Insbesondere können keramische und/oder glaskeramische Werkstoffe derart aufgeschäumt werden, dass sie einen offenen Porenraum bereitstellen, der von dem Gasstrom durchströmt werden kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer besonders einfachen Herstellung der Funkensperre.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Funkensperre zumindest bereichsweise ein Gewebe aus einem glasfaserbasierten und/oder keramischen Material auf.
  • Die Funkensperre kann alternativ oder zusätzlich zumindest bereichsweise gerichtete und/oder ungerichtete Fasern, beispielsweise Glasfasern, aufweisen. Derartige Fasern können zu einem Gerüst verwoben sein, wodurch ein geordnetes Gewebe oder auch ein zumindest bereichsweise ungeordnetes Vlies bereitgestellt sein kann.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Funkensperre zumindest bereichsweise von einem metallischen Draht durchwoben. Durch den metallischen Draht, der eine im Vergleich zu einem ihn umgebenden Material erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann, kann die thermische Energie aus dem Gasstrom gezielt oder räumlich begrenzt entlang der Funkensperre abgeführt werden. Zusätzlich verleiht der metallische Draht der Funkensperre eine erhöhte mechanische Widerstandskraft, wodurch in vorteilhafter Weise besonders effektiv eine kinetische Energie der Partikel und/oder Funken des Gasstroms aufgenommen werden kann. So kann beispielsweise ein maschiges Gewebe aus dem metallischen Draht vorgesehen sein, wobei innerhalb der Maschen beispielsweise das oben genannte aufgeschäumte Material und/oder zumindest bereichsweise ein aus Glasfasern bestehendes Vlies angeordnet sein kann.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Funkensperre an einer der Umgebung abgewandten und/oder der Umgebung zugewandten Seite des Zellengehäuses und/oder des Batteriegehäuses angeordnet ist. Mit anderen Worten kann also die Funkensperre innerhalb eines jeweiligen Gehäuses oder außerhalb des Gehäuses oder beidseitig in Bezug auf eine jeweilige Gehäusewand angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Funkensperre je nach vorhandenem Bauraum flexibel angeordnet sein kann.
  • Bevorzugt ist die zumindest eine Entgasungsöffnung durch ein Berstelement verschließbar, wobei das Berstelement beispielsweise als eine Berstfolie oder Berstscheibe ausgebildet sein kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine kinetische Energie zumindest teilweise durch das Berstelement abgefangen werden kann, bevor der Gasstrom auf die Funkensperre auftrifft.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
    • 1 eine schematische Detaildarstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Batteriezelle mit einer Entgasungsöffnung und einer Funkensperre innerhalb eines Batteriegehäuses; und
    • 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Batteriezellenanordnung innerhalb eines Batteriesystemgehäuses mit einander gegenüberliegend angeordneten Entgasungsöffnungen.
  • 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.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines Batteriesystems 10. Der dargestellte Ausschnitt des Batteriesystems 10 zeigt eine Batteriezelle 12, die in einem Innenraum 14 eines Batteriegehäuses 16 des Batteriesystems 10 angeordnet ist. Die Batteriezelle 12 weist ein Zellengehäuse 18 auf, wobei in dem Zellengehäuse 18 eine Entgasungsöffnung 20 bereitgestellt ist. Zwischen der Entgasungsöffnung 20 und einem Seitenschweller 22 ist eine Funkensperre 24 angeordnet.
  • Kommt es nun zu einem Ausgasen oder Entgasen einer nicht im Detail dargestellten galvanischen Zelle der Batteriezelle 12, so kann sich ein Gasstrom entlang des in 1 durch Pfeile 26 dargestellten Entgasungspfades verteilen. Ist ein Zellinnendruck infolge des Entgasens erhöht, so kann das Gas durch die Entgasungsöffnung 20 austreten, wobei es nach dem Austreten die Funkensperre 24 durchläuft, bevor es in den Innenraum 14 des Batteriegehäuses 16 eintritt. In der beschriebenen Art und Weise kann in der Funkensperre 24 nicht nur ein Filtern von Funken und/oder Partikeln aus dem Gasstrom erfolgen, sondern auch ein Wärmetausch, der dazu führt, dass eine Temperatur des Gasstroms bei Eintritt in den Innenraum 14 unterhalb eines vorbestimmten Grenztemperaturwerts liegt.
  • Unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit 1 bezeichneten und beschriebenen Komponenten zeigt 2 ein Kraftfahrzeug 28 mit einem Batteriesystem 10. In 2 ist eine Vielzahl an Batteriezellen 12 dargestellt, die innerhalb des Batteriegehäuses 16 des Batteriesystems 10 angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber ist ausschließlich die Batteriezelle 12 rechts außen mit Bezugszeichen versehen. Des Weiteren ist in 2 schematisch ein Entgasungspfad 26 mittels Pfeilen dargestellt. Bei einem Gasaustritt aus einer oder aus mehreren der Batteriezellen 12 kann sich das ausgetretene Gas entlang des Entgasungspfades 26 innerhalb des Batteriegehäuses 16 des Batteriesystems 10 ausbreiten oder verteilen oder geleitet werden. In 2 sind zwei randlich und einander gegenüberliegend angeordnete Entgasungsöffnungen 20 des Batteriegehäuses 16 dargestellt. An jeder der Entgasungsöffnungen 20 kann eine Funkensperre 24 angeordnet sein. Die Funkensperren 24 können wie in der oben beschriebenen Art und Weise zum einen Partikel und/oder Funken aus dem Gasstrom zurückhalten sowie als Wärmetauscher wirken, um eine Temperatur des Gasstroms unterhalb einen vorbestimmten Grenztemperaturwert abzusenken, bevor der Gasstrom aus dem Batteriegehäuse 16 entweicht.
  • Bei Batteriesystemen kann es infolge eines Fehlerfalls in einer Zelle zu einer Entgasung dieser kommen. Ist das Gasgemisch zündfähig, besteht eine Möglichkeit zur Selbstentzündung an Umgebungsluft. Damit sich ein Gasgemisch grundsätzlich entzünden kann, müssen drei wesentliche Gegebenheiten gemäß dem „Branddreieck“ vorliegen: ausreichende Menge an Brennstoff (Reduktor), ausreichende Menge an Sauerstoff (Oxidator), ausreichende Zündenergie. Infolge einer Ausgasung kann es zu einem Auswurf von glühenden Partikeln und/oder Funken aus einer Batteriezelle kommen, die als Zündenergie ausreichen können.
  • Teil der vorliegenden Idee ist es, dass die Zündquellen (glühende Partikel und/oder Funken) vom Gasgemisch getrennt werden, bevor sich das Gasgemisch mit dem Luftsauerstoff außerhalb der Batterie vermischen kann. Sofern das Gasgemisch aufgrund seiner Temperatur nicht selbstentzündlich ist, wäre bereits hierdurch gemäß dem Branddreieck keine Entzündung möglich, da eine Zündquelle nicht vorhanden wäre.
  • Die Partiel-/Funkensperre kann zumindest bereichsweise ein maschiges, gasdurchlässiges Gerüst umfassen. Das Gerüst hat zwei wesentliche Aufgaben: Es muss die kinetische Energie der Partikel und/oder Funken aufnehmen können (mechanische Bremse) und es muss die thermische Energie der Partikel und/oder Funken aufnahmen können (thermische Barriere). Entsprechend muss das Gerüstmaterial abhängig von kinetischen und/oder thermischen Eigenschaften der Funken und/oder Partikel mechanisch und/oder thermisch widerstandsfähig sein. Hierfür würden sich insbesondere Keramische und/oder Glaskeramische Werkstoffe eignen. Das Gerüst könnte wahlweise aus Glasfasern gewebt sein, die ein geordnetes Gewebe und/oder zumindest bereichsweise ein ungeordnetes Fließ ausbilden.
  • Das vorgestellte Entgasungskonzept umfasst 4 Ebenen:
    • - Entgasung auf Zellebene,
    • - Entgasung auf Hybridzellebene (auch: 2er Zellmodul oder Zellkassette),
    • - Entgasung auf Batteriesystemebene und
    • - Entgasung aus Batteriesystem an Umgebung.
  • Zur Entgasung auf Zellebene:
    • Kommt es innerhalb einer Pouchzelle zu einem Fehler, der zu einer Gasbildung in der Zelle führt, kann es infolgedessen zu einer Ausströmung des Gases aus der Zelle kommen. Die Position des Zellfehlers kann theoretisch an jeder Stelle innerhalb des Zellwickels innerhalb der (galvanischen) Zelle erfolgen. Diese Ausgasung erfolgt bei Pouchzellen in der Regel an irgendeiner Stelle im Bereich der Schweißnaht. Je nach mechanischer Lagerung innerhalb eines Zellpakets in einem Batteriesystem, kann auf die Zelle ein Druck ausgeübt werden, der einen Einfluss auf die Gasöffnung der Zelle hat.
  • Zur Entgasung auf Hybridzellebene:
    • Die Ausgasung der Pouchzelle in der Hybridzelle kann entlang der Schweißnähten erfolgen. Ausgehend von den seitlichen Bereichen der Zelle kann das Zellgas im Stahlgehäuse der Hybridzelle bis zu dem Berstbereich entlangströmen. Nach Auslösung oder Öffnung der Berstöffnung kann das Zellgas aus dem Gehäuse der Hybridzelle definiert ausströmen.
  • Zur Entgasung auf Batteriesystemebene:
    • Innerhalb des Batteriesystems strömt das Gas von der Hybridzelle über ein Trägerelement (bspw. einen I-Träger) in einen Gaskanal, der zumindest bereichsweise aus Stahl bestehen kann. Innerhalb des Gaskanals kann sich ein Material (vorzugsweise ein Gewebe aus Glasfasern) befinden, das Funken und/oder Partikel, die bei der Ausgasung von Zellen entstehen können, aufnehmen kann. Diese Funkensperre kann ein mögliches Entzünden des Zellgases außerhalb des Batteriesystems verhindern. Der Gasraum ist vom elektrischen Bauraum im Batteriesystem getrennt.
  • Zur Entgasung aus dem Batteriesystem an die Umgebung:
    • Die Gaskanäle können am Batteriesystemgehäuse über Berstelemente verfügen, die auslösen, wenn der Druck durch das einströmende Zellgas ausreichend hoch ist. Nachdem das Zellgas in den Entgasungskanal eingeströmt ist, kann es umgelenkt werden und so in Richtung der Berstelemente strömen. Durch die Berstelmente kann das Zellgas an die Umgebung gelangen.
  • Zusammenfassend gründet die Idee auf einer Verhinderung von Zündenergie. Um dies zu erreichen darf die Gastemperatur nicht so hoch sein, dass eine Selbstentzündung während der Vermischung mit der Umgebungsluft trotz herausgefilterter Funken und/oder Partikel weiterhin besteht. Dies kann über die Wahl der Zellchemie eingestellt werden oder auch durch einen gezielten Wärmeentzug vor dem Eintritt in die Umgebungsluft.
  • Insgesamt zeigen die Beispiele, wie eine Funkensperre mit einer Wärmetauscherfunktion für ein Hochvolt-Batteriesystem bereitgestellt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • GB 1355831 [0004]
    • WO 2013/128226 A1 [0004]
    • EP 2849257 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Batteriesystem (10), umfassend eine Vielzahl von in einem Batteriegehäuse (16) angeordneten Batteriezellen (12), wobei eine jeweilige Batteriezelle (12) ein eine galvanische Zelle zumindest teilweise umschließendes Zellengehäuse (18) aufweist, wobei das Zellengehäuse (18) und/oder das Batteriegehäuse (16) zumindest eine Entgasungsöffnung (20) aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen Gasstrom entlang eines vorbestimmten Entgasungspfades (26) aus einem Innenraum (14) des Zellengehäuses (18) und/oder des Batteriegehäuses (16) in eine Umgebung der Batteriezelle (12) und/oder des Batteriesystems (10) entweichen zu lassen, wobei eine Funkensperre (24) entlang des vorbestimmten Entgasungspfades (26) angeordnet und dazu ausgebildet ist, Funken und/oder Partikel aus dem Gasstrom zu filtern, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkensperre (24) dazu ausgebildet ist, eine Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms gegenüber einer Ausgangsgeschwindigkeit herabzusetzen und den Gasstrom entlang einer Oberfläche der Funkensperre (24) zu leiten, so dass der Gasstrom zumindest für eine vorbestimmte Dauer entlang der Oberfläche strömt, wobei die Dauer, die Oberfläche und die herabgesetzte Strömungsgeschwindigkeit derart aufeinander abgestimmt sind, dass dem Gasstrom eine thermische Ausgangsenergie in dem Maße entzogen wird, dass eine Temperatur des Gasstroms bei einem Entweichen in die Umgebung auf einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Grenztemperaturwerts abgesunken ist.
  2. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, wobei die galvanische Zelle einen Elektrolyten mit einer vorbestimmten chemischen Zusammensetzung aufweist, wobei der vorbestimmte Grenztemperaturwert in Abhängigkeit von zumindest einem zellchemischen Parameter der chemischen Zusammensetzung bestimmt ist.
  3. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funkensperre (24) zumindest bereichsweise eine Schwammstruktur mit einem offenen Porenraum aufweist, wobei der offene Porenraum dazu ausgebildet ist, von dem Gasstrom durchströmt zu werden.
  4. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funkensperre (24) zumindest bereichsweise ein Gewebe aus einem glasfaserbasierten und/oder keramischen Material aufweist.
  5. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funkensperre (24) zumindest bereichsweise gerichtete und/oder ungerichtete Fasern aufweist.
  6. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funkensperre (24) zumindest bereichsweise von einem metallischen Draht durchwoben ist.
  7. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funkensperre (24) an einer der Umgebung abgewandten und/oder der Umgebung zugewandten Seite des Zellengehäuses (18) und/oder des Batteriegehäuses (16) angeordnet ist.
  8. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entgasungsöffnung (20) durch ein Berstelement verschließbar ist.
  9. Batteriesystem (10) nach Anspruch 8, wobei das Berstelement als eine Berstfolie oder Berstscheibe ausgebildet ist.
  10. Kraftfahrzeug (28) mit einem Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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