DE102020126742A1 - Battery module with lithium metal anode - Google Patents

Battery module with lithium metal anode Download PDF

Info

Publication number
DE102020126742A1
DE102020126742A1 DE102020126742.8A DE102020126742A DE102020126742A1 DE 102020126742 A1 DE102020126742 A1 DE 102020126742A1 DE 102020126742 A DE102020126742 A DE 102020126742A DE 102020126742 A1 DE102020126742 A1 DE 102020126742A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery module
battery
medium
active agent
agent cartridge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020126742.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Wenbo Zhang
Onur Misir
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102020126742.8A priority Critical patent/DE102020126742A1/en
Publication of DE102020126742A1 publication Critical patent/DE102020126742A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382Lithium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10Temperature sensitive devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einem Zell-Modulgehäuse und einer Anode aus Lithiummetall, in der eine Wirkmittelpatrone im Zell-Modulgehäuse angeordnet ist, wobei die Wirkmittelpatrone mit einem Medium gefüllt ist und so ausgebildet ist, dass beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur im Batteriemodul das Medium freigesetzt wird und im Zell-Modulgehäuse auf die Reaktivität von flüssigem Lithium hemmend wirkt.Weiterhin betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug, das solche Batteriemodule enthält.The invention relates to a battery module with a cell module housing and an anode made of lithium metal, in which an active agent cartridge is arranged in the cell module housing, the active agent cartridge being filled with a medium and being designed such that when a predetermined temperature is reached in the battery module, the medium is released and has an inhibiting effect on the reactivity of liquid lithium in the cell module housing. Furthermore, the invention relates to an electric vehicle containing such battery modules.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Lithiummetallanode.The invention relates to a battery module with a lithium metal anode.

Die Reichweite von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen hängt direkt von der Energiedichte der verwendeten Batterien ab. In den letzten Jahren entwickelte Batteriemodule mit Lithiummetall als Anode erreichen Energiedichten von bis zu 450 Wh/kg und damit einen Wert, der deutlich höher ist als die Energiedichte der bisher genutzten, leistungsstärksten Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge, deren Energiedichte typischerweise nicht über 260 Wh/kg liegt.The range of battery electric vehicles is directly related to the energy density of the batteries used. Battery modules with lithium metal as an anode developed in recent years achieve energy densities of up to 450 Wh/kg and thus a value that is significantly higher than the energy density of the most powerful lithium-ion batteries used for electric vehicles to date, whose energy density typically does not exceed 260 Wh/kg lies.

Da Lithiummetall eine hohe chemische Reaktivität besitzt und bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 180°C schmilzt, ist es notwendig, die Sicherheit eines Batterietyps mit Lithiummetallanoden durch zusätzliche Vorkehrungen zu verbessern. Sorgfältiges Design der Batteriemodule, wie z.B. die Verwendung von Additiven im Elektrolyten oder die Verwendung von Festelektrolyten, kann einen stabilen Betrieb solcher Batteriemodule bis zu Temperaturen von 200°C ermöglichen, ohne dass ein sogenannter „Thermal Runaway“ (Thermisches Durchgehen aufgrund einer sich beschleunigenden exothermen chemischen Reaktion) auftritt. Solche Betriebstemperaturen, bei denen das Lithium flüssig wird, können jedoch andere Probleme verursachen. Bei Temperaturen über 180°C kann geschmolzenes Lithiummetall aus dem Zell-Modulgehäuse austreten. In Batteriemodulen für Elektrofahrzeuge werden meist für die Zell-Modulgehäuse sogenannte Pouchgehäuse verwendet, die aus Gründen der Gewichtsreduzierung aus Aluminium gefertigt sind. Solche Pouchgehäuse aus flexibler Aluminiumfolie können bei den im Batteriebetrieb hohen Temperaturen durch flüssiges Lithium undicht werden oder sich sogar vollständig öffnen. Das dabei austretende, flüssige und chemisch hochreaktive Lithiummetall kann dabei schwerwiegende Probleme verursachen, die von der Korrosion der Metallteile im gesamten Batteriesystem über externen Kurzschlüsse bis zu weitergehenden Schäden am gesamten Fahrzeug reichen können.Since lithium metal has high chemical reactivity and melts at a relatively low temperature of about 180°C, it is necessary to improve the safety of a lithium metal anode type battery by taking additional precautions. Careful design of the battery modules, such as the use of additives in the electrolyte or the use of solid electrolytes, can enable stable operation of such battery modules up to temperatures of 200°C without causing a so-called "thermal runaway" (thermal runaway due to an accelerating exothermic chemical reaction) occurs. However, such operating temperatures at which the lithium becomes liquid can cause other problems. At temperatures above 180°C, molten lithium metal can escape from the cell module housing. In battery modules for electric vehicles, so-called pouch housings are usually used for the cell module housing, which are made of aluminum to reduce weight. Such pouch housings made of flexible aluminum foil can leak or even open completely at the high temperatures in battery operation due to liquid lithium. The liquid and chemically highly reactive lithium metal that escapes can cause serious problems, ranging from corrosion of the metal parts in the entire battery system and external short circuits to more extensive damage to the entire vehicle.

Deswegen ist es notwendig, ein Austreten des flüssigen Lithiummetalls aus dem Batteriemodul und dessen Wirkungen zu verhindern.Therefore, it is necessary to prevent leakage of the liquid lithium metal from the battery module and its effects.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 007 664 A1 ist beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie bekannt, in der mindestens ein Hohlraum vorhanden ist, der im Batteriegehäuse zwischen den Batteriemodulen ausgebildet und mit mindestens einem Füllelement zumindest teilweise ausgefüllt ist. Dieses Füllelement ist mit einem Inertgas und/oder Schutzgas gefüllt. In dieser Batterie wird somit das Luftsauerstoffvolumen verringert, was die oxidative Korrosion in der Batterie und somit das Risiko von Kurzschlüssen vermindert. Im Brandfall kann das Inertgas und/oder Schutzgas freigesetzt werden, eventuell vorhandenen Sauerstoff verdrängen, und somit den Brand löschen. Da sich die Füllelemente mit dem Inertgas und/oder Schutzgas zwischen den Batteriemodulen befinden, kann so ein Sicherheitsmechanismus konstruktionsbedingt, ein in einem Batteriemodul auftretendes Problem nicht auf das einzelne betroffene Batteriemodul beschränken. Er ist auch nicht geeignet, bei Batteriemodulen mit Lithiummetallanoden ein Austreten des flüssigen Lithiummetalls aus dem Zell-Modulgehäuse zu verhindern.From the German Offenlegungsschrift DE 10 2018 007 664 A1 For example, a lithium-ion battery is known in which there is at least one cavity which is formed in the battery housing between the battery modules and is at least partially filled with at least one filling element. This filling element is filled with an inert gas and/or protective gas. The volume of oxygen in the air is thus reduced in this battery, which reduces oxidative corrosion in the battery and thus the risk of short circuits. In the event of a fire, the inert gas and/or protective gas can be released, displacing any oxygen that may be present and thus extinguishing the fire. Since the filling elements with the inert gas and/or protective gas are located between the battery modules, such a safety mechanism, due to the design, cannot limit a problem occurring in a battery module to the individual battery module concerned. It is also not suitable for preventing the liquid lithium metal from escaping from the cell module housing in battery modules with lithium metal anodes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die durch das Austreten von flüssigem Lithiummetall herbeigeführten Probleme zu vermeiden oder wenigstens zu verringern.The object of the present invention is therefore to avoid or at least reduce the problems caused by the escape of liquid lithium metal.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Batteriemodel mit Lithiummetallanode nach Anspruch 1 und das Elektrofahrzeug nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by the battery model according to the invention with a lithium metal anode according to claim 1 and the electric vehicle according to claim 10.

Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Batteriemodul mit einem Zell-Modulgehäuse und einer Anode aus Lithiummetall bereit, in der eine Wirkmittelpatrone im Zell-Modulgehäuse angeordnet ist, wobei die Wirkmittelpatrone mit einem Medium gefüllt ist und so ausgebildet ist, dass beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur im Batteriemodul das Medium freigesetzt wird und im Zell-Modulgehäuse auf die Reaktivität von flüssigem Lithium hemmend wirkt.According to a first aspect, the invention provides a battery module with a cell module housing and an anode made of lithium metal, in which an active agent cartridge is arranged in the cell module housing, the active agent cartridge being filled with a medium and being designed such that when a predetermined Temperature in the battery module, the medium is released and has an inhibiting effect on the reactivity of liquid lithium in the cell module housing.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit erfindungsgemäßen Batteriemodulen.According to a second aspect, the invention relates to an electric vehicle with battery modules according to the invention.

Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul mit Lithiummetallanode umfasst: ein Zell-Modulgehäuse, das Zellpaket, das seinerseits unter anderem die Lithiummetallanode enthält, eine im Zell-Modulgehäuse außerhalb des Zellpakets angeordnete Wirkmittelpatrone und ein Medium, mit dem die Wirkmittelpatrone gefüllt ist. Beim Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur im Batteriemodul wird die Wirkmittelpatrone ausgelöst, und das Medium wird aus der Wirkmittelpatrone ausgestoßen und in das Zell-Modulgehäuse freigesetzt. Insbesondere kann die Temperatur, bei der das Medium aus der Wirkmittelpatrone in das Zell-Modulgehäuse austritt, 180°C betragen - dem Schmelzpunkt von Lithium.A battery module according to the invention with a lithium metal anode comprises: a cell module housing, the cell pack, which in turn contains the lithium metal anode, among other things, an active agent cartridge arranged in the cell module housing outside of the cell pack, and a medium with which the active agent cartridge is filled. When a predetermined temperature in the battery module is reached or exceeded, the active agent cartridge is triggered and the medium is ejected from the active agent cartridge and released into the cell module housing. In particular, the temperature at which the medium emerges from the active agent cartridge into the cell module housing can be 180° C.—the melting point of lithium.

Das Medium ist chemisch so zusammengesetzt, dass die Reaktivität des flüssigen Lithiums reduziert wird. Ein Auslaufen des flüssigen Lithiums aus dem Zell-Modulgehäuse wird hierbei durch eine In-Situ-Verfestigung verhindert. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird das Medium größtenteils nahe dem Anodenbereich des Zellpakets freigesetzt. Es ist jedoch auch möglich, dass das Medium auch in anderen Teilbereichen oder im gesamten des vom Zellpaket nicht eingenommenen Bereich im Innenraum des Batteriemoduls verteilt wird.The medium is chemically composed in such a way that the reactivity of the liquid lithium is reduced. A spill of liquid lithium from the cell module housing is prevented by in-situ solidification. In a first embodiment, most of the medium is released near the anode area of the cell pack. However, it is also possible for the medium to be distributed in other partial areas or in the entire area in the interior of the battery module that is not occupied by the cell stack.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Batteriemoduls mit Lithiummetallanode kann der durch eine eventuelle Überhitzung des Batteriemoduls bzw. durch eine anderweitig herbeigeführte Öffnung des Zell-Modulgehäuses verursachte Schaden durch austretendes, flüssiges Lithiummetall auf betroffene Batteriemodule beschränkt werden. Bei Verwendung einer geeigneten Elektronik bleibt der Spannungsabfall in der Batterie minimal, und die Batterie somit weiterhin funktionsfähig. Der dann notwendige Austausch nur eines Batteriemoduls ist deutlich kostengünstiger als der Austausch der gesamten oder großer Teile der Batterieanordnung, die im Falle eines Austritts des hochreaktiven, flüssigen Lithiums aus dem betroffenen Batteriemodul irreparabel geschädigt werden könnte.In the embodiment of the battery module with lithium metal anode according to the invention, the damage caused by overheating of the battery module or by opening the cell module housing in some other way can be limited to the affected battery modules by escaping liquid lithium metal. If suitable electronics are used, the voltage drop in the battery remains minimal and the battery continues to function. The then necessary replacement of only one battery module is significantly more cost-effective than replacing all or large parts of the battery assembly, which could be irreparably damaged if the highly reactive, liquid lithium escapes from the affected battery module.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die gesamte Vorrichtung inklusive der mit dem Medium gefüllten Wirkmittelpatrone, eines Temperatursensors und einer Ansteuerung über einen Modulcontroller einfach und kostengünstig in das Zell-Modulgehäuse integriert werden kann.Another advantage is that the entire device, including the active agent cartridge filled with the medium, a temperature sensor and control via a module controller, can be easily and inexpensively integrated into the cell module housing.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.Further advantageous refinements of the invention result from the dependent claims and the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention.

Es gibt Ausführungen, bei denen das freigesetzte Medium mit dem flüssigen Lithium in Kontakt tritt. Dadurch findet eine schnell ablaufende chemische Ersatzreaktion zwischen dem Medium bzw. Bestandteilen des Mediums und dem flüssigem Lithium statt. Diese Ersatzreaktion soll so schnell sein, dass ein Austreten des flüssigen Lithiums aus dem Zell-Modulgehäuse verhindert wird. Weiterhin soll die bei der typischerweise exotherm ablaufenden Ersatzreaktion zusätzlich erzeugte weitere Wärmemenge begrenzt sein, um eine durch die Reaktion verursachte weitere Erhitzung in akzeptablen Grenzen zu halten.There are versions in which the released medium comes into contact with the liquid lithium. As a result, a fast chemical replacement reaction takes place between the medium or components of the medium and the liquid lithium. This replacement reaction should be so fast that the liquid lithium is prevented from escaping from the cell module housing. Furthermore, the additional amount of heat generated in the replacement reaction, which typically takes place exothermically, should be limited in order to keep further heating caused by the reaction within acceptable limits.

Es gibt Ausführungen, bei dem das bei der Ersatzreaktion gebildete Reaktionsprodukt aus dem Medium und dem flüssigen Lithiums feststoffförmig ist, um verbliebenes flüssiges Lithium möglichst vollständig einzuschließen. Das Ziel ist entweder eine schnell ablaufende In-situ-Verfestigung des gesamten Materials innerhalb des Batteriemoduls oder ein schnell eintretender dichter Einschluss von eventuell verbliebenem flüssigen Lithium und eine daraus resultierende Vermeidung des Austritts jeglichen Materials, und hierbei insbesondere des Auslaufens des flüssigen Lithiums, aus dem Zell-Modulgehäuse.There are versions in which the reaction product formed in the replacement reaction from the medium and the liquid lithium is in the form of a solid in order to enclose any remaining liquid lithium as completely as possible. The aim is either a rapid in-situ solidification of all material within the battery module or a rapid tight confinement of any remaining liquid lithium and a resulting avoidance of any material escaping, and in particular the leakage of the liquid lithium from the battery module cell module housing.

Es gibt Ausführungen, bei der das bei der Ersatzreaktion gebildete Reaktionsprodukt aus dem Medium und dem flüssigen Lithium elektrisch isolierend ist, um einen internen Kurzschluss zwischen der Anode und der Kathode und eine daraus resultierende weitere Erhitzung des Batteriemoduls zu verhindern.There are designs in which the reaction product formed during the replacement reaction from the medium and the liquid lithium is electrically insulating in order to prevent an internal short circuit between the anode and the cathode and a resulting further heating of the battery module.

In einer Ausführung der Erfindung ist die Wirkmittelpatrone an der Innenseite des Deckels des Batteriemoduls angebracht. Diese Anbringung der Wirkmittelpatrone an das Zell-Modulgehäuse oberhalb des Zellpakets führt dazu, dass der Kontakt zwischen Medium und flüssigem Lithium nicht nur durch Diffusion sondern auch konvektiv unter Mitwirkung der Schwerkraft herbeigeführt und damit beschleunigt wird.In one embodiment of the invention, the active agent cartridge is attached to the inside of the cover of the battery module. This attachment of the active agent cartridge to the cell module housing above the cell pack means that the contact between the medium and liquid lithium is brought about not only by diffusion but also convectively with the help of gravity and is thus accelerated.

Es gibt Ausführungen, bei denen mittels eines Drucksensors die Auslösung der Freisetzung des Mediums aus der Wirkmittelpatrone aufgrund der Detektion einer einen vorbestimmten Wert überschreitenden Druckänderung im Batteriemodul erfolgen kann. Es kann sich dabei einerseits um einen durch die Überhitzung herbeigeführten charakteristischen Druckanstiegs und andererseits um einen durch das Öffnen des Zell-Modulgehäuses verursachten schnell stattfindenden Druckabfall auf den Außendruck handeln. In letzterem Fall würde ein Freisetzen des Mediums auch durch eine von außen bedingte Öffnung des Zell-Modulgehäuses, wie zum Beispiel durch einen Unfall, ausgelöst.There are designs in which the release of the medium from the active agent cartridge can be triggered by means of a pressure sensor on the basis of the detection of a pressure change in the battery module that exceeds a predetermined value. On the one hand, this can be a characteristic increase in pressure brought about by the overheating and, on the other hand, a rapidly occurring pressure drop to the external pressure caused by the opening of the cell module housing. In the latter case, the medium would also be released if the cell module housing were opened from the outside, for example as a result of an accident.

Weiterhin ist eine Ausführung möglich, in der sowohl durch das Erreichen einer vorbestimmten Temperatur wie auch durch die Detektion einer einen vorbestimmten Wert überschreitenden Druckänderung im Batteriemodul eine Freisetzung des Mediums ausgelöst wird.Furthermore, an embodiment is possible in which a release of the medium is triggered both by reaching a predetermined temperature and by detecting a pressure change in the battery module that exceeds a predetermined value.

Es gibt Ausführungen, bei denen als Medium, das eine In-situ-Verfestigung des flüssigen Lithiums herbeiführt, Wirkstoffe, die gasförmig, flüssig oder pulverförmig sind, verwendet werden. Je nach vorliegender Form des Mediums wird hierbei die Funktionsweise der Wirkmittelpatrone und somit der Freisetzungsprozess aus der Wirkmittelpatrone an die Eigenschaften des jeweils benutzten Wirkstoffes angepasst. So kann zum Beispiel eine gasförmige Substanz unter hohem Druck aus der Wirkmittelpatrone ausgestoßen werden, eine Flüssigkeit oder ein Pulver kann versprüht werden. Eine entsprechende Optimierung des Freisetzungsprozesses geschieht hierbei sowohl im Hinblick auf die Geschwindigkeit des Freisetzungsprozesses wie auch auf eine effiziente Verteilung des Wirkstoffs im jeweils gewünschten Bereich des Batteriemoduls.There are designs in which active ingredients which are gaseous, liquid or powdery are used as the medium which brings about in situ solidification of the liquid lithium. Depending on the form of the medium, the functioning of the active agent cartridge and thus the release process from the active agent cartridge is adapted to the properties of the active agent used in each case. For example, a gaseous substance can be ejected from the active agent cartridge under high pressure, and a liquid or powder can be sprayed. A corresponding optimization of the release process takes place both with regard to the speed of the release process also on efficient distribution of the active ingredient in the desired area of the battery module.

Obwohl Lithium das am wenigsten chemisch reaktive Alkalimetall ist, reagiert es sehr stark mit sehr vielen anderen Substanzen. Dementsprechend sind viele verschiedene Wirkstoffe möglich. Beispiele hierfür sind Stickstoff N2, Jod I2, Ammoniak NH3, Kohlendioxid CO2, Sauerstoff O2, Kohlenstoff C, Aluminium AI, Quecksilber Hg, Äthanol C2H5OH oder Methanol CH3OH. Lithium ist das einzige Alkalimetall, dass in einer Reaktion mit Stickstoffgas ein Nitrid (Li3N) bildet, und dementsprechend ist das stöchiometrische Verhältnis im Reaktionsprodukt von Lithium und Stickstoff vorteilhaft. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Wirkstoff zu einem größeren Anteil Stickstoff N2, Kohlenstoff C oder Aluminium AI enthält, da diese Substanzen in der Ersatzreaktion mit Lithium eine deutlich geringere Wärmemenge freisetzen als viele anderen Substanzen.Although lithium is the least chemically reactive of the alkali metals, it reacts very strongly with many other substances. Accordingly, many different active ingredients are possible. Examples are nitrogen N 2 , iodine I 2 , ammonia NH 3 , carbon dioxide CO 2 , oxygen O 2 , carbon C, aluminum Al, mercury Hg, ethanol C 2 H 5 OH or methanol CH 3 OH. Lithium is the only alkali metal that forms a nitride (Li 3 N) in a reaction with nitrogen gas, and accordingly the stoichiometric ratio in the reaction product of lithium and nitrogen is advantageous. In particular, it is advantageous if the active ingredient contains a larger proportion of nitrogen N 2 , carbon C or aluminum Al, since these substances release a significantly lower amount of heat in the replacement reaction with lithium than many other substances.

In alternativen Ausführungsbeispielen können mehrere Wirkmittelpatronen an jeweils einer der Innenseiten des Zell-Modulgehäuses angebracht werden. Insbesondere kann somit eine effizientere Verteilung des Mediums im Sinne einer möglichst schnellen und möglichst homogenen Ausfüllung der Hohlräume des Batteriemoduls bzw. des Anodenbereichs des Batteriemoduls mit dem Wirkmittel erreicht werden.In alternative exemplary embodiments, a plurality of active agent cartridges can each be attached to one of the inner sides of the cell module housing. In particular, a more efficient distribution of the medium in terms of filling the cavities of the battery module or the anode area of the battery module with the active agent as quickly and as homogeneously as possible can be achieved.

Es gibt Ausführungen, bei denen die Wirkmittelpatrone das Medium, eine Treibladung und einen zusammengefalteten Airbag enthält. Beim Auslösen der Wirkmittelpatrone wird der Airbag in den vorgesehenen Hohlraum entfaltet, um eine effiziente Verteilung des Wirkmittels zu erzielen. In weiteren Ausführungsbeispielen können mehrere Airbags an jeweils einer der Innenseiten des Zell-Modulgehäuses angebracht werden, um die Verteilung des Wirkstoffs noch effizienter zu gestalten.There are versions in which the active agent cartridge contains the medium, a propellant charge and a folded airbag. When the active agent cartridge is triggered, the airbag is unfolded into the cavity provided in order to achieve efficient distribution of the active agent. In further exemplary embodiments, several airbags can each be attached to one of the inner sides of the cell module housing in order to make the distribution of the active substance even more efficient.

Ein Elektrofahrzeug mit einer Batterie mit der erfindungsgemäßen Ausführung der Batteriemodule mit Lithiummetallanoden kombiniert die Vorteile der hohen Energiedichte der Batterie und die damit verbundene deutlich erhöhte Reichweite des Elektrofahrzeugs bei gleichbleibendem Batteriegewicht mit dem Sicherheitsstandard bisher benutzter Batterietechnologien.An electric vehicle with a battery with the inventive design of the battery modules with lithium metal anodes combines the advantages of the high energy density of the battery and the associated significantly increased range of the electric vehicle with the same battery weight with the safety standard of previously used battery technologies.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

  • 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines (ersten) Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls;
  • 2 eine Ansicht von oben (Draufsicht) des Batteriemoduls gemäß 1;
  • 3 eine Stirnansicht des in 1 und 2 dargestellten Batteriemoduls;
  • 4 eine Stirnansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Batteriemoduls, bei der die Wirkmittelpatrone mit einer Airbaganordnung gekoppelt ist;
  • 5 eine Stirnansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Batteriemoduls, bei der sich der Airbag im Deckelbereich oberhalb des Zellpakets entfaltet;
  • 6A bis 6D Stirnansichten für vier Ausführungsbeispiele eines Batteriemoduls, bei der sich der Airbag bzw. die Airbags an verschiedenen Innenseiten des Batteriemoduls entfalten;
  • 6E eine perspektivische Ansicht des Batteriemoduls gemäß 6D;
  • 7 eine schematische Seitenansicht des Elektrofahrzeugs mit einer Batterie, die aus den erfindungsgemäßen Batteriemodulen besteht.
Embodiments of the invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 a schematic perspective view of a (first) embodiment of a battery module according to the invention;
  • 2 FIG. 12 is a top view (plan view) of the battery module according to FIG 1 ;
  • 3 an end view of the in 1 and 2 battery module shown;
  • 4 an end view of an alternative embodiment of a battery module, in which the active agent cartridge is coupled to an airbag assembly;
  • 5 a front view of a further embodiment of a battery module, in which the airbag unfolds in the cover area above the cell stack;
  • 6A until 6D Front views for four exemplary embodiments of a battery module in which the airbag or airbags unfold on different insides of the battery module;
  • 6E a perspective view of the battery module according to FIG 6D ;
  • 7 a schematic side view of the electric vehicle with a battery, which consists of the battery modules according to the invention.

In 1 ist schematisch die Form eines ersten Ausführungsbeispiels des Batteriemoduls 1 mit einem Zell-Modulgehäuse 2 dargestellt. Das im wesentlichen quaderförmige Zell-Modulgehäuse 2 eignet sich für eine platzsparende Anordnung der Batteriemodule 1 in einer Batterieanordnung 10 (vgl. 7). Der oben liegende Teil des Zell-Modulgehäuses 2 wird durch einen Moduldeckel 21 und der unten liegende Teil des Zell-Modulgehäuses 2 durch einen Modulboden 22 gebildet. Ein Zellpaket 5 ist so im Zell-Modulgehäuse 2 angeordnet, dass zwischen dem Moduldeckel 21 und den Zell-Modulgehäuseinnenseiten einerseits und dem Zellpaket 5 andererseits Hohlräume 11 verbleiben. Im Bereich des oberen Hohlraums 11 ist eine Wirkmittelpatrone 3 angeordnet, der das Wirkmittel aufnehmen kann.In 1 the shape of a first exemplary embodiment of the battery module 1 with a cell module housing 2 is shown schematically. The essentially cuboid cell module housing 2 is suitable for a space-saving arrangement of the battery modules 1 in a battery arrangement 10 (cf. 7 ). The upper part of the cell module housing 2 is formed by a module cover 21 and the lower part of the cell module housing 2 by a module base 22. A cell pack 5 is arranged in the cell module housing 2 in such a way that cavities 11 remain between the module cover 21 and the cell module housing insides on the one hand and the cell pack 5 on the other hand. In the area of the upper cavity 11, an active agent cartridge 3 is arranged, which can accommodate the active agent.

In 2 ist die Anordnung der Wirkmittelpatrone 3 für das erste Ausführungsbeispiel gemäß 1 in der Aufsicht auf den Moduldeckel 21 dargestellt. Die Wirkmittelpatrone 3 ist an der Innenseite des Moduldeckels 21 nahe an einer Ecke des Moduldeckels 21 angebracht.In 2 is the arrangement of the active agent cartridge 3 for the first embodiment 1 shown in the top view of the module cover 21. The active agent cartridge 3 is attached to the inside of the module cover 21 close to a corner of the module cover 21 .

Dieses erste Ausführungsbeispiel ist in der 3 in einer Stirnansicht auf das Batteriemodul 1 dargestellt. Die Wirkmittelpatrone 3 ist mit einem Medium 4 gefüllt, das als Wirkmittel dient. Die chemische Zusammensetzung des Mediums 4 ist dergestalt, dass eine Reduktion der Reaktivität des flüssigen Lithiums erreicht wird. Wenn die Temperatur im Batteriemodul 1 den Wert von 180°C erreicht oder überschritten hat, wird eine Freisetzung des Mediums 4 aus der Wirkmittelpatrone 3 in einen Aufnahmeraum 11 bewirkt.This first embodiment is in the 3 shown in a front view of the battery module 1. The active agent cartridge 3 is filled with a medium 4, which serves as an active agent. The chemical composition of the medium 4 is such that a reduction in the reactivity of the liquid lithium is achieved. When the temperature in the battery module 1 has reached or exceeded the value of 180° C., the medium 4 is released from the active agent cartridge 3 into a receiving space 11 .

Die Wirkmittelpatrone 3 kann z. B. ein Treibmittel enthalten, dass unter Druck steht und durch einen Austrittsmechanismus, der bei Temperaturüberschreitung aktiviert wird, ausgestoßen wird und dabei das Medium 4 verteilt. Es kann auch durch ein hochreaktives Zündmittel vorgehen werden, dass bei Überschreitung der Grenztemperatur gezündet wird und das Medium 4 schlagartig austrägt, um das flüssiger Lithium zu benetzen. Der Austritts des Mediums 4 kann auch druckindiziert ausgelöst werden (Druckanstieg, Druckabfall) bzw. beschleunigungsabhängig (Aufprall auf die Batterie 10), um das Medium 4 an das Lithium zu bringen.The active agent cartridge 3 can, for. B. contain a propellant that is under pressure and is ejected by an exit mechanism that is activated when the temperature is exceeded, thereby distributing the medium 4 . A highly reactive ignition means can also be used, which is ignited when the limit temperature is exceeded and the medium 4 is suddenly discharged in order to wet the liquid lithium. The exit of the medium 4 can also be pressure-induced (pressure increase, pressure drop) or acceleration-dependent (impact on the battery 10) in order to bring the medium 4 to the lithium.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Medium 4 größtenteils in einem Anodenbereich 51 des Zellpakets 5 freigesetzt. Es ist jedoch auch möglich, dass das Medium 4 im gesamten des vom Zellpaket 5 nicht eingenommenen Anteil des Innenraums des Batteriemoduls 1 verteilt wird - also im gesamten Aufnahmeraum 11.In the first exemplary embodiment, the medium 4 is largely released in an anode area 51 of the cell stack 5 . However, it is also possible for the medium 4 to be distributed throughout the portion of the interior of the battery module 1 not occupied by the cell stack 5 - i.e. throughout the receiving space 11.

Das Freisetzen des Mediums 4 führt mittels Kontakt zwischen dem Medium 4 und dem flüssigem Lithium eine schnelle Ersatzreaktion herbei. Die Reaktion darf hierbei dem Batteriemodul 1 keine zusätzliche hohe Wärmemenge zuführen, um eine dadurch stattfindende weitere Erhitzung des Batteriemoduls 1 in akzeptablen Grenzen zu halten.The release of the medium 4 brings about a rapid replacement reaction by means of contact between the medium 4 and the liquid lithium. In this case, the reaction must not supply the battery module 1 with any additional large amount of heat, in order to keep any further heating of the battery module 1 that takes place as a result within acceptable limits.

Das bei der Ersatzreaktion gebildete Reaktionsprodukt ist feststoffförmig, um verbliebenes flüssiges Lithium möglichst vollständig einzuschließen bzw. ist das Ziel eine schnell ablaufende In-situ-Verfestigung des gesamten Materials innerhalb des Batteriemoduls 1. Damit wird ein Austritt des Reaktionsprodukts, und hierbei insbesondere des Auslaufens des flüssigen Lithiums, aus dem Zell-Modulgehäuse 2 verhindert.The reaction product formed during the replacement reaction is in the form of a solid in order to enclose the remaining liquid lithium as completely as possible, or the aim is a rapid in-situ solidification of the entire material within the battery module 1. This prevents the reaction product from escaping, and in particular the leakage of the liquid lithium, from the cell module housing 2 prevented.

Das bei der Ersatzreaktion gebildete Reaktionsprodukt kann elektrisch isolierend sein, um einen Kurzschluss zu vermeiden.The reaction product formed in the replacement reaction can be electrically insulating in order to avoid a short circuit.

Alternativ zur Auslösung der direkten Freisetzung des Mediums 4 aus der Wirkmittelpatrone 3 bei Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur, kann die Auslösung aufgrund der Detektion einer Druckänderung im Batteriemodul 1 mittels eines Drucksensors (nicht gezeigt) erfolgen.As an alternative to triggering the direct release of the medium 4 from the active agent cartridge 3 when a predetermined temperature is reached or exceeded, the triggering can be based on the detection of a pressure change in the battery module 1 by means of a pressure sensor (not shown).

Als Medium 4 zur Senkung der Reaktivität des flüssigen Lithiums eignen sich Stoffe, die gasförmig, flüssig oder pulverförmig sind. Je nach vorliegender Form des Mediums 4 wird hierbei der Freisetzungsprozess an die Eigenschaften des jeweils benutzten Stoffes angepasst. So kann zum Beispiel eine gasförmige Substanz unter hohem Druck aus der Wirkmittelpatrone 3 ausgestoßen werden bzw. eine Flüssigkeit oder ein Pulver wie in 3 dargestellt versprüht werden.Substances that are gaseous, liquid or powdered are suitable as medium 4 for reducing the reactivity of the liquid lithium. Depending on the form of the medium 4, the release process is adapted to the properties of the substance used in each case. For example, a gaseous substance can be ejected from the active agent cartridge 3 under high pressure, or a liquid or a powder as in 3 be sprayed shown.

In alternativen Ausführungsbeispielen können mehrere Wirkmittelpatronen 3 an jeweils einer der Innenseite des Zell-Modulgehäuses 2 angebracht werden. Insbesondere kann somit eine effizientere Verteilung des Mediums 4 im Sinne einer möglichst schnellen und möglichst homogenen Ausfüllung der Hohlräume 11 des Batteriemoduls 1 bzw. des Anodenbereichs 51 des Batteriemoduls 1 mit dem Wirkmittel erreicht werden.In alternative exemplary embodiments, a plurality of active agent cartridges 3 can each be attached to one of the insides of the cell module housing 2 . In particular, a more efficient distribution of the medium 4 in terms of filling the cavities 11 of the battery module 1 or the anode area 51 of the battery module 1 with the active agent as quickly and as homogeneously as possible can be achieved.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird ein Airbag 31 benutzt, um eine effiziente Verteilung des Mediums 4 zu erreichen. Bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur oder der Detektion einer Druckänderung durch den Drucksensor wird der Airbag 31 durch das gezündete Treibmittel in den vorgesehenen Hohlraum 11 entfaltet. Das mit dem Treibmittel in den Airbag 31 geführte Medium 4 kann so genau in den gewünschten Bereich des Aufnahmeraums 11 geführt werden.In the embodiment according to 4 an airbag 31 is used to achieve efficient distribution of the medium 4. When the predetermined temperature is reached or a pressure change is detected by the pressure sensor, the airbag 31 is unfolded into the cavity 11 provided by the ignited propellant. The medium 4 guided into the airbag 31 with the propellant can thus be guided precisely into the desired area of the accommodation space 11 .

Für eine gezielte Zufuhr des Mediums 4 kann der Airbag 31 optional mit Austrittsöffnungen 32 versehen sein, die das Medium 4 zielgerichtet in den gewünschten Wirkbereich führen. Das Material des Airbags 31 kann auch so gestaltet sein, dass es sich bei Berührung mit flüssigem Lithium zersetzt und so das Medium 4 lokal und zielgerichtet reagieren kann.For a targeted supply of the medium 4, the airbag 31 can optionally be provided with outlet openings 32, which guide the medium 4 in a targeted manner into the desired effective area. The material of the airbag 31 can also be designed in such a way that it decomposes when it comes into contact with liquid lithium and the medium 4 can thus react locally and in a targeted manner.

Im weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist der Airbag 31 so gestaltet, dass er im entfalteten Zustand einen Großteil der Fläche der Innenseite des Moduldeckels 21 einnimmt. In another embodiment according to 5 the airbag 31 is designed in such a way that it occupies a large part of the area of the inside of the module cover 21 in the unfolded state.

Somit kann eine optimale Verteilung des Wirkmittels entlang der Oberfläche des Zellpakets 5 erreicht werden.An optimal distribution of the active agent along the surface of the cell stack 5 can thus be achieved.

In 6A bis 6D sind zusätzlich zum Ausführungsbeispiel gemäß 5 drei weitere Ausführungsbeispiele dargestellt. Insbesondere kann es sich abhängig vom Design des Zellpakets 5 als vorteilhaft erweisen, dass der Airbag 31 an der Innenseite einer vertikal angeordneten Wand des Zell-Modulgehäuses 2 angebracht ist. Eine weitgehende Abdeckung des Zellpakets 5 wird durch eine einem umgedrehten „U“ ähnelnden Anordnung von drei Airbags 31 ermöglicht. Eine komplette Abdeckung des gesamten Zellpakets 5 ist ebenfalls möglich.In 6A until 6D are in addition to the embodiment according to 5 three other embodiments shown. In particular, depending on the design of the cell stack 5, it can prove to be advantageous for the airbag 31 to be attached to the inside of a vertically arranged wall of the cell module housing 2. Extensive coverage of the cell stack 5 is made possible by an arrangement of three airbags 31 resembling an inverted “U”. Complete coverage of the entire cell stack 5 is also possible.

In 6E wird das Ausführungsbeispiel gemäß 6D in einer schematischen Weise perspektivisch dargestellt.In 6E is the embodiment according to 6D shown in a schematic way in perspective.

Der wesentliche Vorteil einer erfindungsgemäßen Ausführung des Batteriemoduls 1 mit Lithiummetallanode besteht in der Beschränkung des durch eine eventuelle Überhitzung des Batteriemoduls 1 bzw. durch eine anderweitig herbeigeführte Öffnung des Zell-Modulgehäuses 2 herbeigeführten Schadens auf das eine betroffene Batteriemodul 1. Bei Verwendung einer geeigneten Elektronik bleibt der Spannungsabfall in der Batterie minimal, und die Batterie somit weiterhin funktionsfähig. Der dann notwendige Austausch nur eines Batteriemoduls 1 ist deutlich kostengünstiger als der Austausch der gesamten Batterie.The main advantage of an embodiment of the battery module 1 according to the invention Lithium metal anode consists in limiting the damage caused by possible overheating of the battery module 1 or by opening the cell module housing 2 caused in some other way to the affected battery module 1. When using suitable electronics, the voltage drop in the battery remains minimal, and the battery therefore still functional. The then necessary replacement of only one battery module 1 is significantly cheaper than replacing the entire battery.

Die gesamte Vorrichtung inklusive Wirkmittelpatrone 3, gegebenenfalls Airbag 31, Temperatur- und Drucksensor sowie Ansteuerung über einen Modulcontroller kann einfach und kostengünstig in das Zell-Modulgehäuse 2 integriert werden.The entire device, including active agent cartridge 3, airbag 31 if necessary, temperature and pressure sensor, and actuation via a module controller can be easily and inexpensively integrated into cell module housing 2.

In 7 ist ein Elektrofahrzeug 70 mit einer Batterieanordnung 10 bestehend aus mehreren erfindungsgemäßen Batteriemodulen 1 dargestellt. Die Ausstattung eines Elektrofahrzeugs 70 mit einer Batterieanordnung 10, deren Batteriemodule 1 mit Lithiummetallanoden erfindungsgemäß ausgeführt sind, bietet einerseits die Vorteile der hohen Energiedichte der Batterie, d.h. die damit verbundene deutlich erhöhte Reichweite des Elektrofahrzeugs 70 bei gleichbleibendem Batteriegewicht bzw. reduziertes Batteriegewicht bei gleichbleibender Reichweite, und andererseits eine zu bisher benutzter Batterietechnologien vergleichbare Sicherheit des Betrieb der Batterie und damit des Elektrofahrzeugs 70.In 7 an electric vehicle 70 with a battery arrangement 10 consisting of several battery modules 1 according to the invention is shown. Equipping an electric vehicle 70 with a battery arrangement 10, the battery modules 1 of which are designed with lithium metal anodes according to the invention, offers on the one hand the advantages of the high energy density of the battery, ie the associated significantly increased range of the electric vehicle 70 with the same battery weight or reduced battery weight with the same range, and on the other hand, a level of safety in operation of the battery and thus of the electric vehicle that is comparable to that of previously used battery technologies 70.

Weitere Ausführungsbeispiele, die den Zweck einer schnell wirkenden effizienten In-situ-Verfestigung des flüssigen Lithiums dienen, sind dem Fachmann aufgrund der angegebenen Beispiele ersichtlich. Insofern sind die ausgeführten Anwendungsbeispiele nicht als einschränkend zu verstehen.Other embodiments that serve the purpose of fast-acting efficient in-situ solidification of the liquid lithium will be apparent to those skilled in the art based on the examples given. In this respect, the application examples given are not to be understood as restrictive.

BezugszeichenlisteReference List

11
Batteriemodulbattery module
22
Zell-Modulgehäusecell module housing
33
Wirkmittelpatroneactive agent cartridge
44
Mediummedium
55
Zellpaketcell pack
1010
Batterieanordnungbattery arrangement
1111
Aufnahmeraum, Hohlräumerecording space, cavities
2121
Moduldeckelmodule cover
2222
Modulbodenmodule floor
3131
Airbagair bag
3232
Austrittsöffnungexit port
5151
Anodenbereichanode area
7070
Elektrofahrzeugelectric vehicle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018007664 A1 [0005]DE 102018007664 A1 [0005]

Claims (10)

Batteriemodul (1) mit einem Zell-Modulgehäuse (2) und einer Anode aus Lithiummetall dadurch gekennzeichnet, dass eine Wirkmittelpatrone (3) im Zell-Modulgehäuse (2) angeordnet ist, wobei die Wirkmittelpatrone (3) mit einem Medium (4) gefüllt ist und so ausgebildet ist, dass beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur im Batteriemodul (1) das Medium (4) freigesetzt wird und im Zell-Modulgehäuse (2) auf die Reaktivität von flüssigem Lithium hemmend wirkt.Battery module (1) with a cell module housing (2) and an anode made of lithium metal , characterized in that an active agent cartridge (3) is arranged in the cell module housing (2), the active agent cartridge (3) being filled with a medium (4). and is designed such that when a predetermined temperature is reached in the battery module (1), the medium (4) is released and has an inhibiting effect on the reactivity of liquid lithium in the cell module housing (2). Batteriemodul (1) nach Anspruch 1, wobei zwischen dem freigesetzten Medium (4) und dem flüssigen Lithium eine chemische Ersatzreaktion stattfindet.Battery module (1) after claim 1 , wherein a chemical replacement reaction takes place between the released medium (4) and the liquid lithium. Batteriemodul (1) nach Anspruch 2, wobei ein bei der chemischen Ersatzreaktion gebildetes Reaktionsprodukt aus dem Medium (4) und dem flüssigen Lithium feststoffförmig und elektrisch isolierend ist.Battery module (1) after claim 2 , wherein a reaction product formed in the chemical replacement reaction from the medium (4) and the liquid lithium is solid and electrically insulating. Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wirkmittelpatrone (3) an der Innenseite eines Deckels (21) des Batteriemoduls (1) angebracht ist.Battery module (1) according to one of the preceding claims, wherein the active agent cartridge (3) is attached to the inside of a cover (21) of the battery module (1). Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wirkmittelpatrone (3) mittels eines Drucksensors nach Detektion einer Druckänderung im Batteriemodul (1) ausgelöst wird.Battery module (1) according to one of the preceding claims, wherein the active agent cartridge (3) is triggered by means of a pressure sensor after detection of a pressure change in the battery module (1). Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Medium (4) einen gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Wirkstoff enthält.Battery module (1) according to one of the preceding claims, wherein the medium (4) contains a gaseous, liquid or powdered active substance. Batteriemodul (1) nach Anspruch 6, wobei der Wirkstoff Stickstoff N2, Kohlenstoff C oder Aluminium Al enthält.Battery module (1) after claim 6 , wherein the active substance contains nitrogen N 2 , carbon C or aluminum Al. Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Wirkmittelpatronen (3) an jeweils einer der mehreren der Innenseiten des Zell-Modulgehäuses (2) angebracht sind.Battery module (1) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of active agent cartridges (3) are each attached to one of the plurality of inner sides of the cell module housing (2). Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Wirkmittelpatrone (3) oder in mindestens einer der mehreren Wirkmittelpatronen (3) das Medium (4), eine Treibladung und ein zusammengefalteter Airbag (31) untergebracht sind.Battery module (1) according to one of the preceding claims, wherein the medium (4), a propellant charge and a folded airbag (31) are accommodated in the active agent cartridge (3) or in at least one of the several active agent cartridges (3). Elektrofahrzeug (70) mit einer Batterieanordnung (10), die mehrere Batteriemodule (1) umfasst.Electric vehicle (70) with a battery arrangement (10) comprising a plurality of battery modules (1).
DE102020126742.8A 2020-10-12 2020-10-12 Battery module with lithium metal anode Pending DE102020126742A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020126742.8A DE102020126742A1 (en) 2020-10-12 2020-10-12 Battery module with lithium metal anode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020126742.8A DE102020126742A1 (en) 2020-10-12 2020-10-12 Battery module with lithium metal anode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020126742A1 true DE102020126742A1 (en) 2022-04-14

Family

ID=80818033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020126742.8A Pending DE102020126742A1 (en) 2020-10-12 2020-10-12 Battery module with lithium metal anode

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020126742A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69434436T2 (en) 1993-03-30 2006-04-20 Canon K.K. secondary battery
DE102012221761A1 (en) 2011-12-02 2013-06-06 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) MATERIALS AND METHOD FOR RESTRICTING OR PREVENTING A THERMAL BY-STEP IN BATTERIES
DE102018007664A1 (en) 2018-09-27 2019-04-18 Daimler Ag battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69434436T2 (en) 1993-03-30 2006-04-20 Canon K.K. secondary battery
DE102012221761A1 (en) 2011-12-02 2013-06-06 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) MATERIALS AND METHOD FOR RESTRICTING OR PREVENTING A THERMAL BY-STEP IN BATTERIES
DE102018007664A1 (en) 2018-09-27 2019-04-18 Daimler Ag battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3161893B1 (en) Controlled discharge of an energy store using redox shuttle additives
DE202020005995U1 (en) Battery module, battery rack and energy storage device
DE102012003017A1 (en) Fire prevention or fire elimination in an electrochemical energy storage
DE102013200732A1 (en) Apparatus and method for providing safety measures for gas release from a vehicle battery and installation space for a vehicle battery
DE102013200734A1 (en) Device for providing safety measures for e.g. fighting against fire during gas release from damaged lithium-ion accumulator for hybrid vehicle, has generators partially filling elements with respective nitrogen gas and carbon dioxide gas
DE102012222876A1 (en) Energy storage with safety coating
DE102018210307A1 (en) Energy storage for storing electrical energy for a motor vehicle and motor vehicle
DE102020128756A1 (en) Battery with a protective element and motor vehicle
DE102013216071A1 (en) Galvanic system comprising a plurality of galvanic cells and a degassing device
DE10157272C2 (en) Lithium or lithium-ion battery
DE102009018442B4 (en) Device for arranging a traction battery
DE102021102523A1 (en) BATTERY PACK SUB-UNIT AND BATTERY MODULE INCLUDE THIS
DE112020004440T5 (en) Power storage battery and vehicle equipped with such a battery
DE102013200730A1 (en) Device for providing safety measures during gas release from damaged lithium-ion accumulator for e.g. hybrid vehicle, has gas generators filling cladding elements with gas during reception of trigger signal, and battery arranged in chamber
DE102013200726A1 (en) Apparatus for providing safety measures during gas release from vehicle battery arranged in e.g. hybrid vehicle, fills shroud element partially with carbon dioxide gas that is discharged into volume space as contents of shroud element
WO2019166336A1 (en) Protection device for a motor vehicle battery housing, traction battery and motor vehicle
DE102015007408A1 (en) Battery with at least one heat insulation in the thickness direction increasing thermal insulation element
DE102013218681A1 (en) Method for operating a battery cell
DE102021118629A1 (en) BATTERY MODULE
DE102012222870A1 (en) Electro-chemical energy storage device i.e. lithium ion battery, for use in everyday application e.g. electric vehicle during emergency situation, has passivating agent arranged in or on safety valve for partly passivating cell component
DE102011084745A1 (en) Degassing system of battery, has releasable solid or liquid form bound in inert agent which is thermally induced into cavity
DE102020126742A1 (en) Battery module with lithium metal anode
DE102013018408A1 (en) Battery with a plurality of battery cells
DE102019127909A1 (en) battery
DE102010055614A1 (en) Housing for receiving unit battery cells i.e. lithium ion cell, of traction battery of electrically driven vehicle, has material layers, where one material layer is provided with polymer material, and hollow spaces formed between two layers

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0002340000

Ipc: H01M0050572000

R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed